Säädettävien sähkömoottoreiden vertailu
Koppanen, Ville (2015)
Koppanen, Ville
Tampereen ammattikorkeakoulu
2015
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201505127769
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201505127769
Tiivistelmä
Säädettäviä sähkömoottoreita käytetään monissa taloteknisissä sovelluksissa, mm. puhaltimien moottoreissa ja pumpuissa. Säädöllä on mahdollista toteuttaa esimerkiksi tarpeenmukainen ilmanvaihto, jolla saavutetaan hyvä sisäilma. Samalla säästetään energiaa, kun puhaltimet eivät käy jatkuvasti täydellä teholla. Taajuusmuuttajakäyttöinen oikosulkumoottori on ollut jo pitkään hyvä ratkaisu kohteisiin, joissa on tarvittu säädettävää sähkömoottoria. Viime aikoina markkinoille on tullut uusia moottorityyppejä: PM-moottori, EC-moottori ja tahtireluktanssimoottori. Uudet moottorityypit ovat vielä monille vieraita. Tämän opinnäytetyön tarkoitus oli selvittää moottoreiden ominaisuudet, vertailla niitä keskenään ja pohtia, mitkä ovat moottoreiden hyvät ja huonot puolet, ja milloin mitäkin moottoria kannattaa käyttää. Tämä insinöörityö on tehty Insinööritoimisto AX-LVI Oy:n toimeksiannosta.
Työssä tutkittiin eri moottoreita lukemalla aiheesta kirjallisuutta ja tutkimusraportteja, tutkimalla valmistajien esitteitä, käyttö- ja asennusohjeita, haastattelemalla puhallinvalmistajan edustajaa ja tekemällä kustannuslaskelmia ilmanvaihtokoneiden mitoitusohjelmalla. Laskennoissa selvisi, että ilmanvaihtokoneissa PM-moottorit ovat energiatehokkuudeltaan parhaita, IE3-luokan oikosulkumoottorit tulivat toiseksi ja IE2-luokan moottorit olivat huonoimpia. Hankintahintojen puolesta PM-moottorit olivat kalleimpia, ja IE2-luokan halvimpia. EC-moottorit yltävät energiatehokkuudessa IE3-luokan moottorin tasolle, mutta ne ovat tehoiltaan pieniä, minkä vuoksi niitä ei ollut saatavissa kaikkiin laskemissa käytettyihin ilmanvaihtokoneisiin. Tahtireluktanssimoottoria ei ole vielä lainkaan ilmanvaihtokonevalmistajan valikoimissa, todennäköisesti sen suurien moottorikokojen vuoksi.
Työssä selvisi, että PM-moottorin ainoa huono puoli verrattuna perinteiseen oikosulkumoottoriin on se, ettei sitä voi käyttää ohituskäytöllä eli ilman taajuusmuuttajaa. PM-moottori on myös kalliimpi. EC-moottorin huonoja puolia ovat saatavilla olevien mallien pienitehoisuus, joidenkin taajuusmuuttajan ominaisuuksien puute ja huoltojen vaikeus. Hyvänä puolena on pienten, alle yhden kW:n EC-moottoreiden edullinen hinta ja hyvä energiatehokkuus. Tahtireluktanssimoottorit ovat pienimmillään 11kW:n koneita, joten ne ovat vielä liian suuria useimpiin taloteknisiin ratkaisuihin. Ne ovat energiatehokkuudeltaan PM-moottorin tasolla, mutta edullisempia, joten ne saattavat tulevaisuudessa olla paras moottorivaihtoehto, jos niitä saadaan pienennettyä. Tässä työssä keskityttiin enimmäkseen moottorien puhallinkäyttöön, kuitenkin saatuja tuloksia voi soveltaa muihinkin käyttökohteisiin.
Työssä tutkittiin eri moottoreita lukemalla aiheesta kirjallisuutta ja tutkimusraportteja, tutkimalla valmistajien esitteitä, käyttö- ja asennusohjeita, haastattelemalla puhallinvalmistajan edustajaa ja tekemällä kustannuslaskelmia ilmanvaihtokoneiden mitoitusohjelmalla. Laskennoissa selvisi, että ilmanvaihtokoneissa PM-moottorit ovat energiatehokkuudeltaan parhaita, IE3-luokan oikosulkumoottorit tulivat toiseksi ja IE2-luokan moottorit olivat huonoimpia. Hankintahintojen puolesta PM-moottorit olivat kalleimpia, ja IE2-luokan halvimpia. EC-moottorit yltävät energiatehokkuudessa IE3-luokan moottorin tasolle, mutta ne ovat tehoiltaan pieniä, minkä vuoksi niitä ei ollut saatavissa kaikkiin laskemissa käytettyihin ilmanvaihtokoneisiin. Tahtireluktanssimoottoria ei ole vielä lainkaan ilmanvaihtokonevalmistajan valikoimissa, todennäköisesti sen suurien moottorikokojen vuoksi.
Työssä selvisi, että PM-moottorin ainoa huono puoli verrattuna perinteiseen oikosulkumoottoriin on se, ettei sitä voi käyttää ohituskäytöllä eli ilman taajuusmuuttajaa. PM-moottori on myös kalliimpi. EC-moottorin huonoja puolia ovat saatavilla olevien mallien pienitehoisuus, joidenkin taajuusmuuttajan ominaisuuksien puute ja huoltojen vaikeus. Hyvänä puolena on pienten, alle yhden kW:n EC-moottoreiden edullinen hinta ja hyvä energiatehokkuus. Tahtireluktanssimoottorit ovat pienimmillään 11kW:n koneita, joten ne ovat vielä liian suuria useimpiin taloteknisiin ratkaisuihin. Ne ovat energiatehokkuudeltaan PM-moottorin tasolla, mutta edullisempia, joten ne saattavat tulevaisuudessa olla paras moottorivaihtoehto, jos niitä saadaan pienennettyä. Tässä työssä keskityttiin enimmäkseen moottorien puhallinkäyttöön, kuitenkin saatuja tuloksia voi soveltaa muihinkin käyttökohteisiin.