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Per gli ingegneri di impianto e i team di acquisto che confrontano i motori IE3 con quelli IE4, la risposta diretta è semplice. Un motore IE4 si colloca un livello di efficienza completo sopra un motore IE3 secondo il sistema di classificazione IEC 60034-30-1 e il vantaggio di efficienza è maggiore su telai di dimensioni più piccole mentre si restringe gradualmente all'aumentare della potenza del motore. A Motore YE4/IE4 ad altissima efficienza è generalmente la corrispondenza più forte ogni volta che le apparecchiature funzionano per lunghe ore giornaliere con un carico costante, come ventilatori, ventilatori, pompe e compressori a servizio continuo. A Motore YE3/IE3 ad alta efficienza rimane un'opzione pratica e ampiamente utilizzata per i macchinari che funzionano in modo intermittente, con carico variabile o su turni più brevi.
Le sezioni seguenti esaminano i dati sull'efficienza alla base di tale raccomandazione, mostrano il confronto tra il consumo energetico IE3 e IE4 nelle ore di funzionamento reali e spiegano come abbinare la configurazione dei poli e il tipo di funzionamento a una determinata applicazione.
Secondo lo standard internazionale di classificazione dell'efficienza IEC 60034-30-1, i motori asincroni trifase sono raggruppati in classi di efficienza definite in base alla quantità di energia elettrica in ingresso viene persa sotto forma di calore al carico nominale. Salendo di un livello di classe, il motore converte una quota maggiore di potenza in ingresso in uscita albero utilizzabile alla stessa potenza e velocità nominali. Il quadro è neutrale dal punto di vista tecnologico, quindi... Motore elettrico IE4 e un motore IE3 della stessa dimensione del telaio può condividere dimensioni di montaggio molto simili pur funzionando a livelli di perdita diversi.
I motori ad altissima efficienza YE4/IE4 coprono un intervallo di potenza da 0,75 kW a 375 kW, con configurazioni a 2 poli, 4 poli, 6 poli e 8 poli che vanno da 750 a 3000 giri/min. Ciò colloca la linea YE4/IE4 un gradino sopra la serie ad alta efficienza YE3/IE3, che copre da 0,75 kW a 315kW attraverso le stesse configurazioni dei poli e riflette lo standard di efficienza GB18613-2020 tier-3 ampiamente citato dagli acquirenti industriali. Per una struttura che già monitora i dati sull'efficienza IE3 IE4 su un elenco di apparecchiature, la configurazione dei poli e le serie di telai vengono solitamente trasferite direttamente, il che semplifica la pianificazione di un percorso di aggiornamento.
| Classe di efficienza | Designazione CEI | Posizione di mercato tipica |
|---|---|---|
| IE1 | Efficienza standard | In gran parte eliminato nei nuovi impianti industriali |
| IE3 | Efficienza premium | Linea di base comune per i motori industriali generali |
| IE4 | Efficienza super premium | Gruppo motori ad altissima efficienza, serie YE4/IE4 |
| IE5 | Efficienza ultra premium | Livello emergente, limitato a tecnologie motoristiche selezionate |
I valori di riferimento dell'efficienza a pieno carico pubblicati per i motori a quattro poli, 50 Hz ai sensi della norma IEC 60034-30-1 forniscono un quadro chiaro di come un Motore IE4 ad alta efficienza rispetto a un motore IE3 con la stessa potenza nominale. La tabella seguente allinea quattro comuni potenze industriali affiancate.
Figura 1. Efficienza di riferimento a pieno carico, quattro poli 50 Hz, confronto di motori IE3 e IE4 tra potenze nominali selezionate, sulla base dei valori delle classi pubblicate IEC 60034-30-1.
| Potenza nominale | Efficienza IE3 | Efficienza IE4 | Guadagno di efficienza |
|---|---|---|---|
| 7,5 kW | 90,1% | 90,4% | 0,3 pag |
| 22kW | 92,7% | 93,0% | 0,3 pag |
| 55 chilowatt | 94,3% | 94,6% | 0,3 pag |
| 110 chilowatt | 95,2% | 95,4% | 0,2 pag |
Il divario nell'efficienza IE3 rispetto a IE4 sembra piccolo in termini di punti percentuali, ma a pieno carico continuo per migliaia di ore di funzionamento all'anno, anche una frazione di punto percentuale si traduce in una differenza misurabile nell'ingresso elettrico richiesto per la stessa uscita meccanica.
La potenza in ingresso del motore è uguale alla potenza in uscita divisa per l'efficienza e la differenza tra potenza in ingresso e in uscita viene dissipata come perdita. Applicando questa relazione a un motore da 55 kW che funziona a pieno carico per 8.000 ore all'anno, un ciclo di lavoro comune per ventilatori e pompe a servizio continuo, si vede come il consumo energetico IE3 rispetto a IE4 diverge nel tempo.
Figura 2. Perdita di energia cumulativa illustrativa in cinque anni per un motore da 55 kW a pieno carico, 8.000 ore di funzionamento all'anno, confrontando IE3 e IE4.
Nell'arco di cinque anni di funzionamento continuo in questo esempio, il divario tra le due linee nella Figura 2 equivale a circa 7,2 MWh di perdita di energia accumulata evitata dal motore IE4, illustrando il potenziale di risparmio energetico del motore IE4 per applicazioni ad alta autonomia. Questo esempio è illustrativo e i risultati effettivi variano in base al carico, alle condizioni ambientali e alle caratteristiche elettriche del sito.
I motori più piccoli comportano carichi vaganti e perdite per attrito proporzionalmente più elevati rispetto alla loro potenza nominale, il che lascia più spazio a miglioramenti quando si passa da IE3 a IE4. I motori con telaio più grande funzionano già vicino al loro limite di efficienza pratica con IE3, quindi il guadagno in punti percentuali aggiuntivi disponibile con IE4 diventa minore all'aumentare della potenza nominale. Questo modello è visibile nei valori di riferimento pubblicati IEC 60034-30-1 mostrati di seguito.
Figura 3. Aumento di efficienza di IE4 rispetto a IE3, in punti percentuali, su potenze nominali inferiori selezionate.
| Potenza nominale | Guadagno di efficienza, IE3 to IE4 |
|---|---|
| 0,75 kW | 1,8 pag |
| 2,2 kW | 0,8 pag |
| 5,5 kW | 0,4 pag |
| 15 kW e oltre | 0,2 pag |
Ciò non significa che l'aggiornamento di un motore piccolo offra un risparmio energetico assoluto del motore IE4 maggiore rispetto all'aggiornamento di uno grande. Un motore piccolo con un guadagno in punti percentuali maggiore consuma comunque molta meno energia totale rispetto a un motore grande, quindi il volume pratico di energia risparmiata di solito favorisce ancora installazioni a potenza più elevata e ad alta autonomia, anche se il divario percentuale è più ristretto.
La velocità con cui i risparmi energetici del motore IE4 si accumulano in un periodo di ammortamento più breve del motore IE4 dipende da come il motore viene effettivamente utilizzato quotidianamente, non solo dalla classe di efficienza. I fattori seguenti hanno la maggiore influenza sulla rapidità con cui il divario di efficienza tra un motore IE3 e IE4 diventa significativo nella pratica.
Come modello generale, le applicazioni con elevate ore di funzionamento annuali e un fattore di carico stabile vicino alla potenza nominale sono quelle in cui un motore elettrico IE4 accumula i suoi risparmi energetici più velocemente, mentre le applicazioni con tempi di funzionamento brevi o carico altamente variabile vedono una pista più lunga prima che la differenza diventi significativa.
L'efficienza è solo una dimensione del confronto tra motori IE3 e IE4 nel funzionamento quotidiano. Il grafico radar riportato di seguito affianca sei dimensioni prestazionali comunemente discusse come illustrazione relativa, basandosi su caratteristiche di progettazione generali associate ai motori di classe di efficienza premium e super premium secondo IEC 60034-30-1, piuttosto che su dati certificati per un'unità specifica.
Figura 4. Confronto relativo illustrativo delle dimensioni delle prestazioni dei motori IE3 e IE4.
I motori ad altissima efficienza YE4/IE4 sono costruiti attorno a un alloggiamento in ghisa ad alta resistenza abbinato a un sistema di raffreddamento e isolamento progettato per un funzionamento stabile a lungo termine, illustrato in forma semplificata di seguito.
Figura 5. Illustrazione strutturale semplificata dell'alloggiamento del motore ad altissima efficienza YE4/IE4 e del percorso di raffreddamento.
La scelta tra un motore IE3 e un motore IE4 implica anche l'adattamento della configurazione dei poli al carico effettivo. La tabella seguente delinea le linee guida generali per la gamma da 2 a 8 poli disponibile nella serie YE4/IE4.
| Configurazione del palo | Velocità sincrona | Ideale per |
|---|---|---|
| 2 poli | 3000 giri al minuto | Attrezzature ad alta velocità e con carico leggero come ventilatori e ventilatori |
| 4 poli | 1500 giri al minuto | Macchinari industriali di uso generale con esigenze di velocità e coppia moderate |
| 6 poli | 1000 giri al minuto | Applicazioni che richiedono una coppia più costante a velocità ridotta |
| 8 poli | 750 giri al minuto | Attrezzature a coppia elevata e carichi pesanti come apparecchiature di miscelazione, macchinari minerari e metallurgici |
Le configurazioni a 2 poli ad alta velocità sono adatte per ventole e altri servizi ad alta velocità e con carichi leggeri, mentre le configurazioni a 8 poli a bassa velocità forniscono una coppia in uscita maggiore per apparecchiature di miscelazione, applicazioni minerarie e metallurgiche. Le strutture sensibili al consumo di elettricità, che utilizzano le apparecchiature ininterrottamente e che stanno pianificando un aggiornamento delle apparecchiature ad alta efficienza energetica sono in genere la soluzione più chiara per il Motore YE4/IE4 ad altissima efficienza linea.
Entrambe le linee YE4/IE4 e YE3/IE3 rimangono attive in strutture moderne, spesso fianco a fianco nello stesso impianto di produzione. Gli elenchi seguenti descrivono dove viene generalmente specificata ciascuna opzione.
Zhejiang Kuayue Motor Co., Ltd. è un produttore orientato all'esportazione con sede nel distretto di Luqiao, città di Taizhou, provincia di Zhejiang, che integra ricerca e sviluppo, produzione, vendite ed esportazione. L'azienda è attiva nel settore automobilistico da 34 anni, con una base produttiva di 29 mu e un team di oltre 30 dipendenti. In qualità di produttore di motori ad altissima efficienza YE4/IE4 e di motori ad alta efficienza YE3/IE3, Zhejiang Kuayue fornisce motori asincroni trifase e soluzioni di pompe industriali a clienti in più di 20 province cinesi e mercati di esportazione in Europa, nelle Americhe, nel sud-est asiatico e nel Medio Oriente, servendo industrie che includono miniere, lavorazioni chimiche, sistemi di pompe e HVAC, tessili, attrezzature di sollevamento, macchine utensili e macchinari per la costruzione di porti. Oltre alle linee di prodotti standard, l'azienda supporta anche la personalizzazione ODM e OEM per gli acquirenti con requisiti specifici di telaio, scatola morsettiera o montaggio.
Un motore IE4 è un motore asincrono trifase costruito per raggiungere la classe di efficienza Super Premium definita dalla norma IEC 60034-30-1, un livello superiore alla classe di efficienza Premium IE3 alla stessa potenza e velocità.
La marcatura IE4 indica che il motore è progettato per raggiungere i livelli di efficienza associati alla classe di efficienza Super Premium secondo il quadro di classificazione IEC 60034-30-1, piuttosto che fare riferimento a un marchio o al nome di un modello.
La differenza principale è l'efficienza a pieno carico a parità di telaio e potenza nominale, con i motori IE4 che generalmente funzionano con una perdita di energia inferiore rispetto ai motori IE3, soprattutto su telai più piccoli. I dettagli strutturali come la classe di isolamento e il grado di protezione possono essere simili su entrambe le linee, con la classe di efficienza come fattore distintivo principale.
Un motore ad altissima efficienza si riferisce generalmente a un motore costruito secondo la classe di efficienza Super Premium IE4 o superiore, progettato per ridurre le perdite elettriche durante il funzionamento continuo rispetto ai motori di classe di efficienza standard o premium.
Nell'ambito dell'attuale quadro normativo IEC 60034-30-1, l'efficienza IE5 Ultra Premium è superiore a IE4, sebbene la disponibilità di IE5 sia attualmente più limitata in termini di potenze e tecnologie dei motori rispetto alle linee IE3 e IE4 ampiamente disponibili.
Sulla base dei valori di riferimento IEC 60034-30-1 pubblicati, il guadagno di efficienza da IE3 a IE4 varia tipicamente da circa 0,2 a 0,3 punti percentuali per potenze nominali medio-grandi, con un guadagno maggiore di circa 1-2 punti percentuali per potenze minori inferiori a pochi kilowatt.
IE5 si trova a un livello di classificazione superiore a IE4 secondo IEC 60034-30-1, il che rappresenta un'ulteriore riduzione della perdita di energia, sebbene i motori IE5 siano meno ampiamente disponibili nell'intera gamma di potenza e poli attualmente coperta dai motori IE3 e IE4.
La scelta giusta dipende da come verrà utilizzato il motore e da cosa è disponibile per la potenza nominale e la configurazione dei poli richieste. Per le applicazioni con elevate ore di funzionamento annuali e requisiti di telaio standard, un motore IE4 è attualmente l'opzione ad altissima efficienza più ampiamente disponibile, mentre IE5 rimane al momento una categoria più ristretta e specializzata.
