Mechanický výkon standardních motorů vztažený na velikost kostry není mezinárodně normalizován. Existují však regionální normy (například ČSN EN 50347 a NEMA MG1), které jsou široce uznávány.
Z toho důvodu je pro modernizaci standardních elektrických motorů ve stávajících aplikacích výhodné mít energeticky účinné motory se stejnými velikostmi koster a stejných výkonů, které nevyžadují významnější obnovu hnaných zařízení.
Když zařízení poháněné elektrickým motorem generuje relativně konstantní a trvalou úroveň užitečné práce, je základním principem pro výběr motoru jeho účinnost při jmenovitém zatížení. Mnoho aplikací má však cyklický charakter. V těchto případech mohou být pro dosažení významných úspor energie použity specifické aplikační techniky.
Ostatní aplikace vyžadují přerušovanou nebo trvalou spotřebu energie. Opět existují aplikační techniky, které získají zpět významné procento energie, která by jinak byla zmařena.
Následuje několik z těchto případů pro ilustraci technologie, která je dostupná pro uživatele. Stanovení nejefektivnějšího řešení se má konzultovat s výrobcem motoru.
Úspory energie pomocí regulace otáček (pohony s proměnnými otáčkami, VSD)
U mnoha aplikací se mohou největší úspory dosáhnout změnou otáček motoru podle požadavku zátěže aplikace. Obvykle se to provádí pomocí pohonu s proměnnými otáčkami (VSD).
Přídavné ztráty v měniči kmitočtu lze snadno kompenzovat celkovým zvýšením účinnosti aplikace.
V současné době mnoho aplikací s čerpadly a ventilátory zahrnuje regulaci průtoku a tlaku pomocí škrticího nebo obtokového zařízení. Škrticí nebo obtokové ventily jsou vlastně sériové nebo paralelní regulátory výkonu, které fungují na základě snižování rozdílu mezi dodávanou zdrojovou energií a požadovanou spotřebovanou energií.
Tyto ztráty lze výrazně snížit regulací průtoku nebo tlaku za pomoci nastavení otáček čerpadla nebo ventilátoru s pohonem s proměnnými otáčkami.
Správný výběr motoru
Energeticky účinné motory jsou zvlášť výhodné v aplikacích s vysokým počtem provozních hodin při zatížení vyšším než % plného zatížení.
Systém má být dimenzován podle požadovaného špičkového zatížení a točivého momentu při rozběhu, aby se zabránilo významnému počtu provozních hodin se zatíženími nižšími než 50 % plného zatížení, což má za následek nižší účinnost.
Vzhledem k nižším teplotám při užití účinnějších motorů je jejich přetížitelnost obvykle vyšší v porovnání se standardními motory. Předimenzování motoru je proto pro občasné maximální výkony vyžadováno jen zřídka a určitě není efektivní vzhledem k vynaloženým nákladům.
Když se u stávajících aplikací předpokládá nahrazení standardního motoru motorem se zvýšenou účinností, je třeba správně vyhodnotit potřebu výkonu a dimenzování motoru.
Aplikace při trvalém zatížení
Úspory energie dosažitelné při přechodu z jedné třídy energetické účinnosti na další vyšší třídu vyplývají z asi 15 až 20 % snížení ztrát (viz obr. 2). Doba návratnosti investice dodatečných investičních nákladů souvisejících s motory se zvýšenou nebo vysokou účinností může být snadno vypočtena při zahrnutí celkové účinnosti motoru a nákladů na energie.
Následující graf znázorňuje úspory energie v % spotřebované elektrické energie motoru ve vztahu k jmenovitému výkonu motoru při postupu z nižší na vyšší třídu IE.
Aplikace zahrnující prodloužená období provozu s lehkým zatížením
Za účelem snížení napětí na motoru v reakci na aplikované zatížení, byla navržena řada metod, jejichž záměrem je snížení magnetizačních ztrát během doby, kdy není požadován plný točivý moment motoru. Typickým příkladem těchto zařízení je regulátor účiníku. Regulátor účiníku je zařízení, které přizpůsobuje napětí přivedené na motor přibližně podle nastaveného účiníku.
Tyto regulátory účiníku mohou být například výhodné pro použití u motorů dimenzovaných na méně než 3 kW, které pracují delší časové úseky s lehkými zatíženími a u kterých magnetizační ztráty představují poměrně velké procento z celkových ztrát. Použití těchto regulátorů musí být věnována pozornost. Úspor je dosaženo pouze tehdy, když je řízený motor provozován s lehkým zatížením v delších časových úsecích.
Zvláštní pozornost musí být věnována zvažování jejich použití s motory dimenzovanými na více než 3 kW. Typický motor 7,5 kW má mít ztráty naprázdno v řádu 4 % nebo 5 % jmenovitého výkonu. Magnetizační ztráty, které mohou být ušetřeny, nemusí být v tomto rozsahu velikostí stejné jako přídavné ztráty způsobené deformovanou napěťovou křivkou díky regulátoru účiníku.
Aplikace se zvyšováním zatěžovacího momentu v závislosti na otáčkách (čerpadla, ventilátory, kompresory, atd.)
Obecně platí, že asynchronní motory nakrátko s vysokou účinností mají nižší skluz (viz tab. 1), tj. vyšší rychlost otáčení než motory s nižší účinností. Když je točivý moment aplikace funkcí kvadrátu otáček, jako u čerpadel, ventilátorů, kompresorů, atd., tak zvýšení otáček povede ke zvýšení výkonu (točivého momentu), který za určitých okolností zruší výhody plynoucí ze zvýšené energetické účinnosti (viz obr. 3).
V takových aplikacích, kdy je motor s nižší účinností nahrazen motorem se zvýšenou účinností, by se příkon nesnížil natolik, jak by se dalo předpokládat ze srovnání účinností obou motorů.
V některých případech se ve skutečnosti příkon energeticky účinného motoru v porovnání s motorem s nižší účinností může zvýšit.
Aplikace zahrnující časté rozběhy a zastavení a/nebo mechanické brzdění
Návrhy energeticky účinných motorů obvykle sníží ztráty l2R buď omezeným využitím, tj. předimenzováním motoru a/nebo zdokonaleným materiálem vodiče v rotoru.
Při porovnání energeticky účinných motorů a motorů s nižší účinností, které mají stejný jmenovitý výkon, však obě koncepce automaticky vedou ke zvýšení setrvačnosti rotoru.
U aplikací, kde se požadují časté rozběhy a zastavení, zvýšená setrvačnost rotoru prodlouží dobu rozběhu a zvýší spotřebu energie během rozběhu. Tím se také sníží dovolený počet rozběhů za hodinu, což by mohlo omezit výkonnost aplikace.
Když je navíc brzdění provedeno mechanickým brzdným systémem, zvýší se u motorů s vyšší setrvačností rotoru jak opotřebení brzdových kotoučů, tak brzdná doba.
Použitím měniče kmitočtu pro rozběh motoru namísto rozběhu ze sítě se mohou značně snížit ztráty při rozběhu a dovolený počet rozběhů za hodinu. Obecná nevýhoda energeticky účinných motorů v této oblasti aplikací však přetrvává.
Aplikace zahrnující zátěže s akumulovanou energií
Zátěže s akumulovanou energií typicky vedou k maření energie, jestliže se použije některá z forem ztrátového brzdění. Příklady zátěží s akumulovanou energií jsou: zpomalení zatížení s vysokou setrvačností, zatěžovací zkušební stolice, odvíječky, stroje pro výrobu sítí a klesající pásové dopravníky. V těchto případech může být energie uspořena použitím rekuperačních zařízení.
Aplikace zahrnující výbušný plyn nebo prašné atmosféry
Pro elektrické motory ve výbušných nebo prašných atmosférách existují některá konstrukční omezení.
Motorů s pevným závěrem „d" (podle ČSN EN 60079-1 ed. 3) nebo typem ochrany „n" (podle ČSN EN 60079-15 ed. 3) se to obvykle netýká.
Motory se zvýšenou bezpečností „e" (podle ČSN EN 60079-7 ed. 3) mohou být omezeny požadavky na dobu tE, vzduchovou mezeru, rozběhový proud, atd. Úroveň jejich energetické účinnosti a jejich klasifikace účinnosti může být snížena.
Motory konstruované pro použití ve výbušných prašných atmosférách s ochranou proti vznícení prachu pomocí závěru „t" nebo „tD" (podle ČSN EN 60079-31 ed. 2) mají dodatečná těsnění hřídelí. Jejich úroveň energetické účinnosti může být snížena.
