Competitor comparison: variable speed drives in pumping applications
Aranto, Niina (2008)
Diplomityö
Aranto, Niina
2008
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe200805161399
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe200805161399
Tiivistelmä
As the world’s energy demand is increasing, a durable solution to control it is to improve the energy efficiency of the processes. It has been estimated that pumping applications have a significant potential for energy savings trough equipment or control system changes. For many pumping application the use of a variable speed drive as a process control element is the most energy efficient solution. The main target of this study is to examine the energy efficiency of a drive system that moves the pump. In a larger scale the purpose of this study is to examine how the different manufacturers’ variable speed drives are functioning as a control device of a pumping process. The idea is to compare the drives from a normal pump user’s point of view. The things that are mattering for the pump user are the efficiency gained in the process and the easiness of the use of the VSD. So some thought is given also on valuating the user-friendliness of the VSDs. The VSDs are compared to each other also on the basis of their life cycle energy costs in different kind of pumping cases. The comparison is made between ACS800 from ABB, VLT AQUA Drive from Danfoss, NX-drive from Vacon and Micromaster 430 from Siemens. The efficiencies are measured in power electronics laboratory in the Lappeenranta University of Technology with a system that consists of a variable speed drive, an induction motor with dc-machine, two power analyzers and a torque transducer. The efficiencies are measured as a function of a load at different frequencies. According to measurement results the differences between the measured system efficiencies on the actual working area of pumping are on average few percent units. When examining efficiencies at the whole range of different loads and frequencies, the differences get bigger. At low frequencies and loads the differences between the most efficient and the least efficient systems are at the most about ten percent units. At the most of the tested points ABB’s drive seem to have slightly better efficiencies than the other drives. Energian kulutus ympäri maailmaa kasvaa jatkuvasti. Kestävä keino hillitä kasvua on parantaa prosessien energiatehokkuutta. On osoitettu, että oikeanlaisella prosessinohjauksella ja laitteis-tolla pumppusovelluksien tehokkuutta voidaan parantaa merkittävästi. Monissa tapauksissa on taloudellisinta ohjata pumppausprosessia taajuusmuuttajan avulla. Tämän tutkimuksen päätavoite on tutkia pumppua pyörittävän taajuusmuuttaja-ohjatun moot-torin tehokkuutta. Työssä vertaillaan toisiinsa eri laitevalmistajien taajuusmuuttajia ja niiden soveltumista pumppausprosessiin. Ideana on vertailla taajuusmuuttajia normaalin pumppu-käyttäjän näkökulmasta, jolloin tärkeimpiä vertailukohteita ovat prosessissa saavutettava te-hokkuus sekä taajuusmuuttajan käytön vaivattomuus. Lisäksi työssä vertaillaan taajuusmuutta-jia erilaisten pumppausprosessien elinkaarten aikaisten energiakustannusten perusteella. Vertailussa mukana olevat taajuusmuuttajat ovat ACS800 ABB:lta, VLT AQUA Drive Dan-fossilta, NX-Drive Vaconilta sekä Micromaster 430 Siemensiltä. Taajuusmuuttajien ja mootto-rin hyötysuhteet mitataan Lappeenrannan Teknillisen Yliopiston tehoelektroniikan laboratori-ossa. Mittauslaitteisto koostuu taajuusmuuttajasta, moottorista ja kuormakoneesta, kahdesta tehoanalysaattorista sekä vääntömomenttianturista. Hyötysuhteet mitataan kuorman funktiona eri taajuuksilla. Mittauksista saatujen tulosten mu-kaan erot systeemien hyötysuhteissa pumpun käyttöalueella ovat korkeintaan muutamia pro-senttiyksiköitä. Tutkittaessa hyötysuhteita laajemmalla alueella eri taajuuksilla ja kuormilla erot kasvavat laitteiden välillä. Erot ovat suurimmillaan pienillä taajuuksilla ja suurilla kuor-milla, jolloin ero maksimissaan on noin 10 prosenttiyksikköä. Testattavista laitteista ABB:n taajuusmuuttajalla ohjatulla moottorilla oli suurimmassa osassa mittapisteitä hieman muita parempi hyötysuhde.