NEUE WIRKUNGSGRAD-NORMEN UND -RICHTLINIEN FÜR DREHSTROM- ASYNCHRONMOTOREN MIT KÄFIGLÄUFER

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1 4345 de / b NEUE WIRKUNGSGRAD-NORMEN UND -RICHTLINIEN FÜR DREHSTROM- ASYNCHRONMOTOREN MIT KÄFIGLÄUFER

2 VORWORT Derzeit gelten zahlreiche Normen oder Vorschriften für die Festlegung des Wirkungsgrads von Elektromotoren (NEMA, EPAct, NRCan, CEMEP, COPANT, AS/NZS, usw.), weitere sind in Ausarbeitung. Für die Hersteller wird es immer schwieriger, Motoren für einen globalen Markt zu konzipieren, und für die Anwender die Unterschiede und Übereinstimmungen der Normen in den einzelnen Ländern zu verstehen. Die IEC-Norm definiert die anzuwendenden Prinzipien und führt zu einer weltweiten Vereinheitlichung der energetischen Wirkungsgradklassen bei den Elektromotoren. Die Richtlinie 2005/32/EG (6. Juli 2005) des Europäischen Parlamentes hat einen Rahmen geschaffen, der die Anforderungen an die Entwicklung umweltverträglicher Produkte festlegt, die auf energieverbrauchende Produkte anzuwenden sind. Diese Produkte sind in Gruppen eingeteilt. Motoren gehören zu Gruppe 11 des Programms zur Entwicklung umweltverträglicher Produkte, ebenso wie Pumpen, Lüfter und Umwälzpumpen. Über die Europäische Richtlinie EuP - Gruppe 11 wurde im Juli 2009 abgestimmt. Sie stützt sich auf die IEC-Norm für die Festlegung der Wirkungsgradklassen, deren Verwendung in Zukunft zwingend vorgeschrieben ist. Sie legt den Zeitrahmen fest, dessen Einhaltung für auf dem europäischen Markt verkaufte Maschinen verpflichtend ist. 2 Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer

3 INHALTSVERZEICHNIS Neue Norm zur Messung des Wirkungsgrads von Elektromotoren: IEC Neue Norm zur Klassifizierung des Wirkungsgrads von Elektromotoren: IEC (September 2008)... 6 Europäische Richtlinie EuP / Energy using Product (Sommer 2009)... 8 Hauptrichtlinien weltweit und davon betroffene Baureihen... 9 Häufige Fragen Übersicht über die Anwendungsbereiche, für die IEC-Norm und Europäische Richtlinie gelten Übersicht über die Baureihen von Leroy-Somer, für die IEC-Norm und Europäische Richtlinie gelten Tabellen mit den gestempelten Wirkungsgradwerten Schlussfolgerung Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer 3

4 4 Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer

5 Neue Norm zur Messung des Wirkungsgrads von Elektromotoren: IEC (September 2007) BESTEHENDE NORM IEC von 1972, noch gültig, Anwendung bis November 2010 Direkte Messung 1 für alle ein- und dreiphasigen Motoren - Pauschalierte Berücksichtigung zusätzlicher Verluste = 0.5% Pab NEUE NORM IEC von September 2007, allgemeine Anwendung ab 2009 EIN- und DREIPHASIG 1 kw - Zu bevorzugende Methode 2 = Direkte Messung DREIPHASIG > 1 kw - Zu bevorzugende Methode 2 = Aufaddierung der Verluste - mit der Summe der gemessenen zusätzlichen Verluste Bemerkung: Die neue Norm zur Messung des Wirkungsgrads wird auf dem europäischen Markt nur sehr wenig verwendet. Im Verlauf dieses Jahres wird sich dies langsam ändern. Es gibt sehr viele Ähnlichkeiten mit der Methode IEEE 112-B, die in Nordamerika benutzt wird. Da die in den Normen festgelegten Messverfahren verschieden sind, bedeutet dies auch, dass sich für ein und denselben Motor mit der IEC-Norm andere Werte ergeben (im allgemeinen niedriger). Beispiel: ein Motor LSES mit 22 kw 4P: - gemäß IEC = 92,6% - gemäß IEC = 92,3%% 1 Methode, bei der sich die mechanische Leistung einer Maschine aus der Messung des Drehmoments an der Welle und der Drehzahl ergibt. Die elektrische Leistung wird während desselben Versuchs gemessen. 2 Da mehrere Verfahren zu Auswahl stehen, hat man sich der Einfachheit halber wie folgt entschieden: Die Motoren der Baugrößen werden mit der direkten Messung und die mit noch größeren Baugrößen mit der Methode der Aufaddierung der Verluste gemessen. Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer 5

6 Neue Norm zur Klassifizierung des Wirkungsgrads von Elektromotoren: IEC (September 2008) Gilt für: eintourige Drehstrom-Asynchronmotoren mit Käfigläufer, (diese Norm bezieht sich nicht auf Motoren mit Permanentmagneterregung). Un 1000 V Pn von 0,75 bis 375 kw 2-, 4- und 6-polig Betriebsart S1 oder S3 mit ED 80% Frequenz 50 und 60 Hz Direktes Einschalten am Netz Alle Befestigungsarten, Wellenende, Zubehör Alle Schutzarten IP1x bis 6x und IC0x bis 4x Gilt nicht für: Speziell für veränderbare Drehzahlen gemäß IEC konzipierte Motoren (vor allem verstärkte Isolierung) Komplett in eine Maschine integrierte Motoren, die nicht einzeln gemessen werden können (wie Rotor/Stator-Einheiten). Drei Wirkungsgradklassen: IE1 = Wirkungsgrad STANDARD IE2 = Wirkungsgrad HOCH IE3 = Wirkungsgrad PREMIUM Bezeichnung Beschreibung Definition IE1 Standard vergleichbar mit eff2 IE2 Hoch vergleichbar mit eff1 und EPAct 92 IE3 Premium vergleichbar mit EPAct 05 IE4 Super Premium in Ausarbeitung Diese Norm beschreibt lediglich Wirkungsgradklassen und deren Ermittlung. Es obliegt jedem Land, die Wirkungsgradklassen zu definieren und deren genaue Anwendungsbereiche festzulegen. 6 Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer

7 Bemerkung: Eine vierte Klasse wird zur Zeit ausgearbeitet: IE4 = Wirkungsgrad SUPER PREMIUM. Die technische Spezifikation wird Wirkungsgradwerte von Motoren mit veränderbarer Drehzahl festlegen. Die definierten Werte werden sich nur auf die Motoren beziehen. Der Wirkungsgradwert wird für ein bestimmtes Drehmoment innerhalb eines gegebenen Drehzahlbereichs festgelegt. Mit dem Inkrafttreten der Spezifikation wird die IEC- Norm in ihr aufgehen, die auf die Synchronmotoren mit Permanentmagneterregung (Dyneo) erweitert wird. Bei den Werten, die in der Norm zur Festlegung der Wirkungsgradklassen definiert wurden, handelt es sich um Mindestwerte. Ein Unterschreiten ist nicht möglich. Die Messmethode des Wirkungsgrads einer Einheit aus Motor + Umrichter wird Bestandteil der zukünftigen IEC-Norm sein. Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer 7

8 Europäische Richtlinie EuP Gilt für: die von der IEC-Norm beschriebenen Motoren. Verpflichtung, Motoren mit hohem Wirkungsgrad auf den Markt zu bringen: Klasse IE 2 ab dem 16. Juni 2011 Klasse IE 3 1 ab dem 1. Januar 2015 für Leistungen von 7,5 bis 375 kw Klasse IE 3 1 ab dem 1. Januar 2017 für Leistungen von 0,75 bis 375 kw Die Europäische Kommission arbeitet zur Zeit daran, die Mindestwerte für den Wirkungsgrad von Umrichtern festzulegen. Im 2. Halbjahr 2009 wird Leroy-Somer damit beginnen, die Motoren von 1,1 bis 90 kw der Baureihen LS und LSES 2- und 4-polig mit Typenschildern zu versehen, die der IEC-Norm entsprechen. Kurz danach kommen die Baureihen FLS / FLES sowie die anderen Baugrößen der Reihen LS und FLS ab Anfang 2010; die 6-poligen Motoren folgen dann Anfang Ab Januar 2011 werden nach und nach neue Motor-Baureihen mit hohem Wirkungsgrad auf dem Markt eingeführt (IE2, dann IE3). Gilt nicht für: - Motoren, die beim Betrieb ganz in eine Flüssigkeit eingetaucht sind - Motoren, die vollständig in eine andere Maschine integriert sind (Rotor/Stator) - Motors für folgende Betriebsbedingungen: Höhe > 1000 m Umgebungstemperatur > 40 C Maximale Betriebstemperatur > 400 C Temperatur der Umgebungsluft < -15 C oder < 0 C für luftgekühlte Motoren Temperatur des Kühlwassers bei Eintritt in die Maschine < 5 C oder > 25 C - Sicherheitsmotoren gemäß ATEX-Richtlinie 94/9/EG - Bremsmotoren - Integrierte Motoren (Straße, Schiene, Wasser) 1 oder Motor IE2 + Umrichter 8 Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer

9 Hauptrichtlinien weltweit und davon betroffene Baureihen LAND / ZONE NORM oder VORSCHRIFT NAME LABEL DATUM BINDEND BETROFFENE BAUREIHEN PRODUKTE IEC CEMEP EFF 2/1 1. Januar 2008 nein 2 & 4P 1,1 bis 90 kw IP55 Eff2 oder Eff1 IE2 16. Juni , 4 & 6P 0,75 bis 375 kw IP55 und IP23 IE2 IEC /IEC EuP IE3 1. Januar 2015 ja 2, 4 & 6P 7,5 bis 375 kw IP55 und IP23 IE2 + IE3* Europa IE3 1. Januar , 4 & 6P 0,75 bis 375 kw IP55 und IP23 IE3* Israel IEC EFF1 1. Januar 2006 ja 2 & 4P 1,1 bis 90 kw IP55 Eff1 oder IE2 EPAct 92 EPAct 1. Januar 1997 ja 2, 4, 6 & 8P 0,75 bis 400 kw IP55 und 23 Eff1 oder IE2 EPAct 05 NEMA Premium 1. Januar 2011 ja 2, 4, 6 & 8P 0,75 bis 350 kw IP55 und 23 IE3 USA IEEE 112- B EPAct 1. Januar 1997 ja 2, 4, 6 & 8P 0,75 bis 150 kw IP55 und 23 Eff1 oder IE2 NEMA Premium 1. Januar 2011 ja 2, 4, 6 & 8P 0,75 bis 375 kw IP55 und 23 IE3 Kanada CAN/CSA-C NRCan Grade 3 1. Oktober 2008 no 2, 4 & 6P 0,55 bis 315 kw IP55 IE1 Grade 2 1. Juli 2011 ja 2, 4 & 6P 0,55 bis 315 kw IP55 IE2 Grade 1 1. Oktober 2008 nein 2, 4 & 6P 4 bis 315 kw IP55 IE3 GB/T 1032 China GB Australien AS NZS Eff1 oder IE2 Method A (IEEE112-B) MEPS 1. April 2006 ja 2, 4, 6 & 8P 0,75 bis 185 kw Neuseeland Method B (IEC ) Eff1 oder IE2 1. Juli 2008 ja 2, 4 & 6P 45 bis 200 kw IP55 und IP23 Eff1 oder IE2 1. Januar 2010 ja 2, 4 & 6P 0,75 bis 200 kw IP55 und IP23 Eff1 oder IE2 Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer 9 Korea KS C IEC IEC MKE NOM 016 ENER 1977 EPAct 1. Januar 1997 ja 2, 4, 6 & 8P 0,75 bis 400 kw IP55 und 23 Eff1 oder IE2 NOM 016 ENER 2002 NEMA Premium 1. Januar 2011 ja 2, 4, 6 & 8P 0,75 bis 350 kw IP55 und 23 IE3 Mexiko EPAct 1. Januar 1997 ja 2, 4, 6 & 8P 0,75 bis 400 kw IP55 und 23 Eff1 oder IE2 NEMA Premium 1. Januar 2011 ja 2, 4, 6 & 8P 0,75 bis 350 kw IP55 und 23 IE3 Brasilien NBR part 1 MEPS Minimum Efficiency Performance Standards *IE3 oder IE2 + Umrichter CEMEP European Committee of Manufacturers of Electrical Machines and Power Electronics IE 1 = Standardwirkungsgrad EuP Energy using Product IE 2 = hoher Wirkungsgrad EPAct Energy Policy Act IE 3 = besonders hoher Wirkungsgrad NRCan Natural Resources Canada MKE Ministry of Knowledge Economy IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IEC International Electrotechnical Commission CSA Canadian Standards Association

10 Häufige Fragen Wird sich das Typenschild der Motoren ändern? Die Norm zur Messung des Wirkungsgrads erfordert keine Veränderung des Typenschilds. Die Anwendung der IEC-Norm erfordert jedoch einige Anpassungen. Die beiden wichtigsten sind der Wert des Wirkungsgrades gefolgt von der dazugehörigen Wirkungsgradklasse (IE1, IE2, IE3), die beide auf dem Typenschild anzugeben sind. Die Richtlinie verlangt außerdem die Angabe des Herstellungsjahres auf dem Typenschild (Klartext oder verschlüsselt). Ab September 2009 wird auf den Typenschildern der Motoren, für die die alte CEMEP-Vereinbarung galt (heute Eff1 und Eff2), die Eff- Klasse + die entsprechende IE-Klasse angegeben werden. Wird es ein spezielles Logo ähnlich wie bei eff1 geben? Weder Norm noch Richtlinie sehen ein spezielles Logo vor. Aber die jeweiligen Wirkungsgradklassen werden deutlich auf dem Typenschild der betroffenen Motoren angegeben werden. Ab dem 16. Juni 2011 sind alle Hersteller in Europa dazu verpflichtet, Motoren der Wirkungsgradklasse IE2 anzubieten. Werden wir dazu in der Lage sein? Bereits heute können wir 2- und 4-polige Motoren IP55 der Klasse IE2 von 0,75 bis 375 kw liefern. Es handelt sich um Motoren der Baureihen LSES/FLSES, die für die CEMEP-Vereinbarung eff1 und bestimmte Teilmärkte wie ECA in Großbritannien entwickelt wurden. Die Motoren IP55 mit 6P sowie IP23 mit 2, 4 und 6P befinden sich in Vorbereitung, um fristgerecht zur Verfügung zu stehen. Sind auch die ATEX-Motoren betroffen? 10 Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer

11 Häufige Fragen Ja, von der IEC-Norm. Nicht aber von der Richtlinie. Sind die Motoren für das Absaugen von Rauchgasen betroffen? Ja, von der IEC-Norm, aber mit einigen Einschränkungen. Ja, von der Richtlinie für das Absaugen von Rauchgasen für Temperaturen 400 C. Welche Serviceangebote wird es geben? Wir werden ein Serviceangebot entwickeln, das den neuen Standards, sprich DG/CMR/FDC, entspricht. Können die Motoren, für die die IEC-Norm gilt, auch mit variabler Drehzahl eingesetzt werden? Ja, aber bei dieser Anwendung kommt der gestempelte Wirkungsgrad nicht zum Tragen, denn die vom Umrichter erzeugten Spannungs- und Stromwellen sind nicht sinusförmig. Die Speisung durch einen Umrichter erzeugt zusätzliche Verluste im Motor. Gemäß der Spezifikation werden sie auf 20% der Gesamtverluste geschätzt. Diese Verluste haben einen direkten Einfluss auf den am Motor gestempelten Wirkungsgrad. Für Motoren mit Permanentmagneten gilt weder die aktuelle Norm noch die Richtlinie. Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer 11

12 Übersicht über die Anwendungsbereiche, für die IEC-Norm und Europäische Richtlinie gelten Produktkategorien Standardmotoren 2-, 4-, 6-polig 0, kw S1 IP1x bis 6x Komplett integrierte Motoren, die nicht einzeln gemessen werden können ATEX, Bremsmotoren 2-, 4-, 6-polig 0, kw S1 IP4x, 5x, 6x Standardmotoren + Zubehör (Getriebe, Fremdlüfter, Geber.) Hochtemperaturmotoren zum Absaugen von Rauchgasen 400 C Motoren mit Kurzzeitbetrieb S2 oder Aussetzbetrieb S3, S4, S Andere Sondermotoren für Umrichter (Permanentmagnet, Mehrfachdrehzahl, ) Betroffen von IEC ja nein ja (Messungen ohne Zubehör) ja (Messungen ohne Zubehör) ja nein nein Betroffen von EuP ja nein nein ja (Messungen ohne Zubehör) ja nein nein Motoren für integrierte Kühlung ja nein Motoren für Getriebe (MI oder MU) ja ja 12 Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer

13 Übersicht über die Baureihen von Leroy-Somer, für die IEC- Norm und Europäische Richtlinie gelten Produktkategorien Betroffen von Betroffen von IEC EuP (F)LS 2, 4 und 6P ja ja (F)LS 8P und mehr nein nein (F)LS Mehrfachdrehzahl nein nein (F)LSES ja ja (F)LSMV ja ja PLS ja ja FLSB und PB nein nein CPLS nein nein (F)LSE 2, 4 und 6P ja ja (F)LSN 2, 4 und 6P ja nein FLSD ja nein (F)LSHT 2, 4 und 6P ja ja (F)LSHT 8P und mehr nein nein (F)LSHT Mehrfachdrehzahl nein nein (F)LS 85, 135, 150 nein nein LSMO ja ja Motor + Option Varmeca ja ja Rotor/Stator-Einheiten nein nein Bremsmotoren ja nein LSRPM nein nein HPM nein nein LSK nein nein Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer 13

14 Tabelle mit den gestempelten Wirkungsgradwerten (50 Hz) 50 Hz IE-1 Wirkungsgrad STANDARD IE-2 Wirkungsgrad HOCH IE-3 Wirkungsgrad PREMIUM kw 2-polig 4-polig 6-polig 2-polig 4-polig 6-polig 2-polig 4-polig 6-polig 0,75 72,1 72,1 70,0 77,4 79,6 75,9 80,7 82,5 78,9 1,1 75,0 75,0 72,9 79,6 81,4 78,1 82,7 84,1 81,0 1,5 77,2 77,2 75,2 81,3 82,8 79,8 84,2 85,3 82,5 2,2 79,7 79,7 77,7 83,2 84,3 81,8 85,9 86,7 84,3 3 81,5 81,5 79,7 84,6 85,5 83,3 87,1 87,7 85,6 4 83,1 83,1 81,4 85,8 86,6 84,6 88,1 88,6 86,8 5,5 84,7 84,7 83,1 87,0 87,7 86,0 89,2 89,6 88,0 7,5 86,0 86,0 84,7 88,1 88,7 87,2 90,1 90,4 89, ,6 87,6 86,4 89,4 89,8 88,7 91,2 91,4 90, ,7 88,7 87,7 90,3 90,6 89,7 91,9 92,1 91,2 18,5 89,3 89,3 88,6 90,9 91,2 90,4 92,4 92,6 91, ,9 89,9 89,2 91,3 91,6 90,9 92,7 93,0 92, ,7 90,7 90,2 92,0 92,3 91,7 93,3 93,6 92, ,2 91,2 90,8 92,5 92,7 92,2 93,7 93,9 93, ,7 91,7 91,4 92,9 93,1 92,7 94,0 94,2 93, ,1 92,1 91,9 93,2 93,5 93,1 94,3 94,6 94, ,7 92,7 92,6 93,8 94,0 93,7 94,7 95,0 94, ,0 93,0 92,9 94,1 94,2 94,0 95,0 95,2 94, ,3 93,3 93,3 94,3 94,5 94,3 95,2 95,4 95, ,5 93,5 93,5 94,6 94,7 94,6 95,4 95,6 95, ,8 93,8 93,8 94,8 94,9 94,8 95,6 95,8 95, ,0 94,0 94,0 95,0 95,1 95,0 95,8 96,0 95,8 14 Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer

15 Tabelle mit den gestempelten Wirkungsgradwerten (60 Hz) 60 Hz kw IE-1 Wirkungsgrad STANDARD IE-2 Wirkungsgrad HOCH IE-3 Wirkungsgrad PREMIUM 2-polig 4-polig 6-polig 2-polig 4-polig 6-polig 2-polig 4-polig 6-polig 0,75 77., 78,0 73,0 75,5 82,5 80,0 77,0 85,5 82,5 1,1 78,5 79,0 75,0 82,5 84,0 85,5 84,0 86,5 87,5 1,5 81,0 81,5 77,0 84,0 84,0 86,5 85,5 86,5 88,5 2,2 81,5 83,0 78,5 85,5 87,5 87,5 86,5 89,5 89,5 3,7 84,5 85,0 83,5 87,5 87,5 87,5 88,5 89,5 89,5 5,5 86,0 87,0 85,0 88,5 89,5 89,5 89,5 91,7 91,0 7,5 87,5 87,5 86,0 89,5 89,5 89,5 90,2 91,7 91, ,5 88,5 89,0 90,2 91,0 90,2 91,0 92,4 91, ,5 89,5 89,5 90,2 91,0 90,2 91,0 93,0 91,7 18,5 89,5 90,5 90,2 91,0 92,4 91,7 91,7 93,6 93, ,5 91,0 91,0 91,0 92,4 91,7 91,7 93,6 93, ,2 91,7 91,7 91,7 93,0 93,0 92,4 94,1 94, ,5 92,4 91,7 92,4 93,0 93,0 93,0 94,5 94, ,7 93,0 91,7 93,0 93,6 93,6 93,6 95,0 94, ,4 93,0 92,1 93,0 94,1 93,6 93,6 95,4 94, ,0 93,2 93,0 93,6 94,5 94,1 94,1 95,4 95, ,0 93,2 93,0 94,5 94,5 94,1 95,0 95,4 95, ,0 93,5 94,1 94,5 95,0 95,0 95,0 95,8 95, ,1 94,5 94,1 95,0 95,0 95,0 95,4 96,2 95, ,1 94,5 94,1 95,4 95,4 95,0 95,8 96,2 95,8 Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer 15

16 SCHLUSSFOLGERUNG Schon immer verfügte Leroy-Somer über Motorbaureihen mit hohem Wirkungsgrad, die den Klassen IE1 und IE2 entsprechen. Was die Klasse IE3 betrifft, so laufen die Entwicklungsarbeiten. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass sich die größten Verbesserungen beim Wirkungsgrad erzielen lassen, wenn man die gesamte Anlage analysiert und optimiert. Eine Betrachtung des gesamten Systems führt oftmals zu Energieeinsparungen in der Größenordnung von über 40%. Außerdem bietet Leroy-Somer schon heute Antriebe, deren Wirkungsgrad der zukünftigen IE4-Klasse entspricht oder diese sogar noch übertrifft (Baureihe Dyneo mit Motoren mit Permanentmagneterregung). 16 Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer

17 NOTIZEN Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer 17

18 NOTIZEN 18 Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer

19 NOTIZEN Nouvelles normes et directives de rendement des moteurs Leroy-Somer 19

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