Sähkömoottorit kuluttavat maailmanlaajuisesti 40% kaikesta sähköenergiasta. Teollisuuden käyttämästä sähköstä sähkömoottorit kuluttavat jopa 60–70%. Sähkömoottoreita käytetään mm. pumpuissa, puhaltimissa ja kuljettimissa. Pelkästään yhdessä paperitehtaassa voi olla useita tuhansia sähkömoottoreita.
Suuritehoiset moottorit yltävät yli 97% hyöty-suhteeseen, aivan pienitehoisimmissa moottoreissa hyötysuhde voi jäädä 60–70%. "30 viime vuoden aikana pienitehoisten moottoreiden hyötysuhteet ovat parantuneet 10–15 prosenttiyksikköä. Hyötysuhteen kasvattaminen on vaikeaa, koska varsinkin suuritehoiset moottorit yltävät jo niin korkeisiin lukuihin", Antti Kortelainen ABB:ltä sanoo.
Hyötysuhteella on iso merkitys moottorin elinkaarikustannusten kannalta. Moottorin hankintahinta edustaa vain noin yhtä prosenttia moottorin koko eliniän kustannuksista. "Pääosin moottorin käyttökustannus koostuu sähköenergiasta. Tämän vuoksi loppuasiakkaan, joka sähkölaskun myös maksaa, kannattaa perehtyä moottorin hyötysuhteeseen", Kortelainen toteaa.
Hyötysuhteiden vertailulla on merkitystä muutenkin kuin sähkönsäästön kannalta. Korkean hyötysuhteen etuna on pienemmän sähkönkulutuksen lisäksi se, että moottori käy viileämpänä. Se tarkoittaa, että moottorin kestoikä pitenee ja esimerkiksi laakerit kuumenevat vähemmän.
Korkean hyötysuhteen moottorin valmistuksessa on tärkeää käyttää laadukkaita materiaaleja, kuten kuparia ja sähkölevyä. Lisäksi tuotantotekniikan on oltava laadullisesti korkeatasoinen, jotta voidaan valmistaa energiatehokas moottori. Esimerkiksi uramuotojen optimoinnilla ja optimoidulla uratäytöllä on suuri merkitys moottorin hyötysuhteen kannalta. Staattorikäämissä voidaan käyttää paksumpia johtimia ja rautahäviöitä voidaan pienentää laminoimalla sähkölevyt ohuemmin. Myös jäähdytystuulettimen ja laakeroinnin optimointi ovat tärkeitä.
Selkeyttä sähkömoottoreiden mittausstandardiin
IEC julkaisi syyskuussa 2007 uuden sähkömoottoreiden hyötysuhteen mittaamiseen tarkoitetun mittausstandardin, IEC 60034-2-1. Uuden standardin avulla on pystytty harmonisoimaan säännöt sähkömoottorin hyötysuhteen mittaamiseen maailmanlaajuisesti. Näin on pystytty luomaan pohja uusille globaaleille hyötysuhdeluokille, joiden avulla eri puolilla maailmaa valmistettujen sähkömoottoreiden hyötysuhteiden vertailu on nykyistä helpompaa.
Uuden mittausstandardin mukaiset hyötysuhdearvot ovat totuudenmukaisempia kuin aiemman mittausstandardin arvot ovat olleet. Tähän on syynä se, että vanhassa standardissa lisähäviöt oli mahdollista arvioida todellisuutta pienemmiksi. Lisäksi roottorihäviöt ja staattorissa syntyvät kuparihäviöt mitataan jatkossa moottorin todellisen lämpenemän mukaan.
EFF-hyötysuhdeluokitukset poistumassa
Uuden hyötysuhteen mittausstandardin myötä tuli mahdolliseksi määritellä toinen IEC-standardi, joka määrittelee uudet maailmanlaajuisesti käytettävät IE-hyötysuhdeluokat. Tämä IEC:n standardi tunnetaan numerolla 60034-30 ja standardi määrittelee kolme hyötysuhdeluokkaa, jotka ovat nähtävissä alla.
Uudet IE-luokat
• IE 1 = Standard (vanha EFF2)
• IE 2 = High (vanha EFF1)
• IE 3 = Premium
EFF-luokituksissa oli muutamia puutteita, joskin ne saivat aikaan myös paljon hyvää. "EFF3-luokan moottorit ovat poistuneet Euroopan markkinoilta, vaikka niiden markkinaosuus oli vuonna 1998 noin 70 prosentin luokkaa", Kortelainen tähdentää.
EFF-luokitusten puutteena oli se, että kyseessä oli pelkästään Eurooppalainen hyötysuhdeluokitus ja toisaalta alimmalle luokalle eli EFF3:lle ei ollut minimiraja-arvoa hyötysuhteen puolesta. Näin ollen moottorin hyötysuhde oli vähintään EFF3, vaikka hyötysuhde olisi ollut miten alhainen. Uusissa IE-luokissa alimmalle IE1-luokallekin on minimiraja-arvo, joka moottorin täytyy saavuttaa.
Tällä hetkellä käytössä olevat EFF-luokitukset säilyvät vielä toistaiseksi uusien IE-luokkien rinnalla, mutta EFF-luokitukset tulevat korvautumaan uusilla IE-luokilla. EFF-luokitusten käyttölisenssi vanhentui 10.2.2010 ja esimerkiksi ABB on siirtynyt käyttämään moottoreiden arvokilvissä uusien IE-hyötysuhdeluokkien mukaisia hyötysuhdeleimauksia.
ABB:n nykyiset vakiomoottorit kuuluvat tulevaisuudessa IE-luokkaan IE1, nykyiset prosessimoottorit kuuluvat IE-luokkaan IE2 ja nykyiset premium efficiency -moottorit kuuluvat luokkaan IE3.