Eigenlijk een theoretische vraag, maar voorlopig heb ik niet de tijd om het zelf uit te zoeken of het experimenteel te proberen.
Wellicht is hier voldoende know-how aanwezig om mijn probleem, te duiden.
Het gaat om een driefazige asynchroon motor die gevoed wordt vanuit een frequentie omvormer (FO).
Het probleem draait om de energie kostprijs voor het geheel, dus motor en FO, te laten functioneren.
Zoals bekend, heeft een motor zowel actieve energie als reactieve energie nodig om te functioneren.
De actieve energie heb je grosso modo nodig om de mechanische arbeid te kunnen leveren (koppel x hoekverplaatsing).
De reactieve energie heb je nodig om het magneetveld in de motor op te bouwen (integraal L x i di).
Dat magneetveld geeft je de mogelijkheid om energie van de stilstaande stator over te brengen op de bewegende rotor.
Op het kenplaatje van een motor staat een cos fi vermeld. Dit is de cosinus van de hoek tussen het actief en reactief vermogen dat in de motor verbruikt wordt. De vermelde cos fi is geldig voor een motor die nominaal belast wordt.
Als een motor niet nominaal belast wordt, dus minder vermogen moet leveren dan waarvoor de motor ontworpen werd, dan daalt het opgenomen actief vermogen, terwijl het opgenomen reactief vermogen ongewijzigd blijft, met als gevolg dat de cos fi lager (= slechter) wordt.
Zelfs als de motor onbelast draait, moet er nog steeds een magneetveld opgebouwd worden in de motor en blijft de reactieve stroom lopen. In dit geval wordt de cos fi zeer laag.
Praktijkwaardes gaan van cos fi = 0.20 (onbelast) tot 0.95 (100% belast)
Een energieleverancier heeft niet graag dat zijn klanten een lage cos fi hebben. Hij levert vermogen (S) dat vectorieel samengesteld is uit een reactief deel (Q) en een actief deel (P). Maar enkel het actieve deel wordt gebruikt door de klanten. Het reactieve deel vloeit gewoon over het net heen en weer.
Dit reactieve deel verplicht de energieleverancier er wel toe om voedingskabels en transformatoren groot genoeg te kiezen.
Door die kabels loopt immers de totale stroom (I = S / sqrt(3) x U), terwijl enkel de actieve stroom (I = cos fi x S / sqrt(3) x U) gebruikt en betaald wordt.
Om de economische schade te beperken gaat de energieleverancier aan gebruikers met een lage cos fi een boete aanrekenen.
Hierbij wordt gebruik gemaakt van twee afzonderlijk tellers, één voor actief vermogen en één voor reactief vermogen.
Als gebruiker kan je dit voorkomen door je reactief vermogen zelf op te wekken met behulp van condensatoren (ook wel een cos fi batterij genoemd) of door een synchrone motor aan het net te schakelen.
Kleine gebruikers en huishoudelijke afnemers moeten die boete echter niet betalen. Zij hebben geen twee afzonderlijke tellers. Ze betalen enkel het actief vermogen.
Tot hier het verhaal van de motor en de energieleverancier.
Nu het verhaal van de FO
Een FO heeft aan de ingang een bruggelijkrichter die de inkomend wisselspanning omzet in gelijkspanning en hiermee een energie buffer vult (= tussenkring condensator). De diodes in de bruggelijkrichter kunnen maar geleiden als de inkomende spanning hoger is dan de spanning op de tussenkring condensator.
Er kan dus geen stroom lopen als de ogenblikkelijke inkomende spanning lager zou zijn dan de spanning over de condensator. Of spanning en stroom “vectoren” door de diodes wijzen steeds in dezelfde richting, met andere woorden spanning en stroom zijn in faze en bij uitbreiding kan er dus alleen maar actief vermogen door de gelijkrichter lopen. Dus al de energie die een frequentie sturing opneemt is actief vermogen en wordt aangerekend door de energieleverancier.
Zelfs al wordt een motor gevoed vanuit een FO, dan heeft die motor nog steeds een magneetveld nodig en dus ook reactief vermogen.
Dit reactie vermogen komt uit de tussenkring condensator van de FO. Het reactief vermogen vloeit heen en weer tussen de motor en de tussenkring condensator.
Het probleem is echter dat motor en frequentie sturing geen rendement van 100% hebben. Waardoor het reactief vermogen geleidelijk aan omgezet wordt in warmte.
De reactieve stroom moet ook door de koperdraden van de motor en zal daar ook warmte (= verlies) veroorzaken, de IGBT's van de FO moeten de totale (actief + reactief) stroom schakelen.
De FO vangt dit op door de spanning op de tussenkring constant te houden, of de bruggelijkrichter komt eventjes in geleiding en stopt wat extra energie in de tussenkring.
Nu het eigenlijke probleem.
Het bijvullen van de tussenkring om het reactief vermogen te kunnen blijven leveren gebeurt door de gelijkrichter en veroorzaakt actief vermogen.
Dit actief vermogen moet ik betalen aan de energieleverancier.
Zonder FO zou dit reactief vermogen niet omgezet worden in actief vermogen en moet ik daar als kleine gebruiker niet voor betalen.
De vraag is nu of ik door het gebruik van een FO economisch bestraft wordt.
- Zonder FO : niet betalen voor het reactieve vermogen.
- Met FO : wel betalen voor het reactief vermogen dat omgezet wordt in actief vermogen.
Of moet ik bij de keuze van een motor rekening houden met
1) een motor die maar net zoveel vermogen kan leveren als mijn belasting nodig heeft. Om alzo steeds aan vollast te kunnen draaien en een zo hoog mogelijke cos fi te hebben. (= minder reactief vermogen nodig)
2) tussen motoren met gelijk vermogen, de motor kiezen met de hoogste cos fi. (= minder reactief vermogen nodig)
3) steeds motoren kiezen met het hoogste rendement IE3 (= minder reactief vermogen dat verloren gaat)
Heeft iemand al een combinatie frequentiesturing/motor aangesloten op een energiemonitor en het opgenomen vermogen gemeten bij nullast en wordt dit gemeten als actief vermogen ?