RESEARCH Bachelor Electromechanics Maintenance department

Transcription

1 RESEARCH Bachelor Electromechanics Maintenance department Hogeschool PXL Elfde-Liniestraat 24 B-3500 Hasselt

2 PXL TECH

3 PXL university college Business Education Healthcare TECH IT Media & Tourism Music Social Work MAD-faculty CIVIL EM ELECTRONICS BIO / GREEN KLIMATISATION MAINTENANCE

4 PXL RESEARCH EDUCATION RESEARCH / INDUSTRY EXPERTISE & KNOWLEDGE 3D LAB Condition monitoring Rapid prototyping Comfort Vision systems Energy management Cleantech Automation Domotics 4

5 for production machines 5

6 Research project Why? Kyoto Protocol, ECCP, Horizon 2020, IS ,... Based on ISO 60034: Rotating electrical machines rating the Performance Motor classification: IE1 / IE2 / IE3 / IE4 / IE5 From 2017 And on ISO 50001: Energy management systems 6

7 Research project ENERGY EFFICIENCY Motor performance classification 7

8 Research project Based in ISO ENERGY EFFICIENCY How can we measure the energy efficiency of a machine? 8

9 Objective: Energy optimization of drive systems E in/out = P in/out. t (J) η Elek = P out P in = T. ω P in h TOT = h VSD x h MOTOR x h TRANSMISSION x h LOAD x. What about maintenance? 10

10 What is the energy efficiency of a system? Motor (and control/drive) Reduction (gearbox, belt, ) Load / process Maintenance: Misalignment Imbalance Poor lubrication / high efficiency oil High efficient bearings Wear Contamination (filters, piping, valves,...) 12

11 The drive motor ENERGY EFFICIENCY ISO : Energy efficiency of motors only on full load ISO : Rating and performance ISO : Method for determining losses and efficiency BUT what about machines with variable speed / load 13

12 Speed (RPM) Torque (Nm) The drive motor ENERGY EFFICIENCY Motor Load Time (s) What is the efficiency at any moment? Time (s) 14

13 Torque (Nm) NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 78, ,07179 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 82, , , , , , , ,95589 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 79,51119 NaN NaN NaN NaN NaN NaN 76,97578 NaN NaN NaN NaN NaN NaN 55, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,67556 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 79, , , , , , ,3974 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 65, , , , , , , , , ,81293 NaN 83, ,97904 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 78, , , ,026 77,30849 NaN NaN NaN NaN NaN 57, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,37908 NaN 82, ,33221 NaN NaN 81, , , , , , , , , ,61138 NaN NaN NaN NaN NaN 56, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,00314 NaN NaN 81,58525 NaN NaN NaN 80, , , , , , , , ,22557 NaN NaN NaN NaN NaN 58, , , , , , , , , , , , , , , , ,08 84, , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,89714 NaN NaN NaN NaN NaN 57, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,855 83, ,149 82,82158 NaN 81, , , , , , , , , , ,31111 NaN NaN NaN NaN NaN 59, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,4202 NaN NaN NaN NaN NaN 58, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,18276 NaN NaN NaN NaN NaN 59, , , , , , , , ,147 82, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,67709 NaN NaN NaN NaN NaN 59, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,60344 NaN NaN NaN NaN NaN 60, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,8533 NaN NaN NaN NaN NaN 60, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,76525 NaN NaN NaN NaN NaN 60, , , , , , , , , , , , ,003 84, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,69875 NaN NaN NaN NaN NaN 60, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,81558 NaN NaN NaN NaN NaN 61, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,31391 NaN NaN NaN NaN NaN 60, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,5769 NaN NaN NaN NaN NaN 61, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,50415 NaN NaN NaN NaN NaN 61, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,047 85, ,694 85, , , , , , , , , , ,94795 NaN NaN NaN NaN NaN 60, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,516 NaN NaN NaN NaN 61, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,21175 NaN NaN NaN NaN 59,62 64, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,93426 NaN NaN NaN NaN 60, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,45 81, , , , , ,82024 NaN NaN NaN NaN 57, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,03472 NaN NaN NaN NaN 58, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,48449 NaN NaN NaN NaN 54, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,09387 NaN NaN NaN NaN 55, , , , , , , , , ,697 76, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,58494 NaN NaN NaN NaN 48, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,39854 NaN NaN NaN NaN 51, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,18077 NaN NaN NaN NaN 37, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,07002 NaN NaN NaN NaN 43, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,75145 NaN NaN NaN NaN 14, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,53329 NaN NaN NaN NaN 28, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,906 52, , , , , , ,30165 NaN NaN NaN NaN 4, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,40779 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 7, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,05059 NaN NaN NaN NaN NaN NaN ENERGY EFFICIENCY Solution: ISO-performance curve Speed (RPM) 40 different speeds Until 2x max speed 40 x 40 matrix 40 points with different load / RPM Until 1,5x max. torque η Elek = P out P in = T. ω P in 15

14 Overall Energy Monitoring System Total efficiency: Motor Transmission Load h max = 85 % h max = 93 % h max = 88 % Trending: Maintenance: Fault / Condition h max = 97 % h max = 67,5 % n =. I =. htotaal = h1 x h2 x h3 x h4 16

15 Efficiency of a machine Restrictions The purchase cost & payback The robustness of the drive Oversized components somtimes required (critical condition, safety, ) Specific process operation parameters: The load profile Part load operation Variable load cycles The opportunity The Total Cost of Ownership (TCO) Energy cost of a product 17

16 Overall Energy Monitoring System - motor Total efficiency: Motor Transmission Load h max = 85 % h max = 93 % h max = 88 % Trending: Maintenance: Fault / Condition h max = 97 % h max = 67,5 % n =. I =. htotaal = h1 x h2 x h3 x h4 18

17 Results motor teststand (IE2/IE3) Torque measurement Continue online Monitoring 19

18 Torque (Nm) ENERGY EFFICIENCY T nom Result: IE2 motor (4 kw, 4-polig) NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 75,1 75,8 76,2 76,7 76,6 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 67 68,2 69,6 70, ,9 74,7 75,6 75,9 76,6 77,3 77 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 66,1 67,9 69, ,1 73,5 74,4 74,9 75,8 76,1 76,9 77,3 77,3 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 63,6 65, ,7 70,6 71,5 73,9 74,5 75,3 76,1 76,5 77,1 77,5 77,7 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 62,3 64,5 67,4 68,8 69,8 71,2 71,6 74,4 74,4 75,4 76,1 76,8 77,2 77, ,6 77,1 75,9 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 55,9 59,7 63,3 65,1 67,8 69,1 70,2 71,3 72,3 74,2 74,9 75,7 76,5 76,8 77,3 77,9 78, ,7 76,8 76,1 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 50,5 57,3 60,6 63,9 65,4 68,5 69,5 70,5 71,7 72,6 74,5 75,2 75,6 76,5 76,9 77,4 78,1 78,5 78,3 77,7 77,2 76,5 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 53,1 58,5 61,3 64,6 66,2 68,6 70,1 70,7 71,8 72,4 74,6 75,4 76,1 76,6 77,1 77,7 78,1 78,6 78,4 78, ,1 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 54,5 59,7 62,2 64,7 66,6 68,7 70,4 71,2 72, ,7 75,5 75,9 76,4 77,2 77,6 78,2 78,7 78,7 78,5 78,2 77,4 76,6 76 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 56,2 60,3 63,2 65,9 66,7 69,4 70,3 71,3 72, ,7 75,7 76,3 76,8 77,3 77,8 78,5 78, ,9 78,6 78,1 77,4 76,6 75,8 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 58 60,9 63,4 66,3 67,6 69,1 70,6 71,6 72,4 73,5 75,2 75,8 76,4 76,9 77,4 77,8 78, , ,4 77, ,4 76,1 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 51,5 58,8 62,2 64,7 66,2 67,8 69,4 70,8 71,9 72,8 73,8 74,8 75,5 76,4 76,8 77,4 77,9 78,4 79,1 79,1 79, ,9 78,4 77, ,4 75,7 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 53,6 59,1 63,1 64,6 67,1 68,1 69,8 70,7 71,9 72,9 73,5 75, ,2 76,8 77,4 77,9 78,2 79,1 79,4 79,5 79,5 79,5 78,8 78,3 77,9 77,4 76,5 75,4 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 55,6 60,9 63,1 65,1 67,3 68,2 70,1 71,1 72,1 72,7 73,4 75,1 75,8 76,3 76,7 77,3 77,9 78,2 79,1 79,1 79,8 79,6 79,6 79,4 78,9 78,3 77,9 77,1 76,1 75,2 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 56,5 60,9 63,9 65,7 67,6 68,9 70,4 71,3 72,3 72,7 73,5 75, ,1 76,8 77,1 77,7 77, ,2 79,6 80,1 79,9 79,8 79,5 78,9 78,6 78,1 76,8 75,7 74,8 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 57,7 61,7 64,5 65,6 67, , , ,6 75,2 75,8 76,3 76,7 77,1 77,9 77,9 78,9 79,5 79,9 79,7 80,1 79,9 79,6 79,2 79,2 78,5 77,7 76,8 75,3 74,7 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 58,9 62,7 64, ,3 68,7 70,2 71, ,6 73,7 74,7 75, ,5 76,9 77,7 77,8 78,9 79,5 79,9 79,5 80,4 80,4 79,9 79,7 79,6 79,2 78,5 77,7 76,6 75,2 74,4 NaN NaN NaN NaN NaN NaN 54 60,8 64,3 64,8 66, ,4 70,2 71,1 71,7 72,5 73, ,5 76,3 76,4 76,8 77,3 77,7 78,6 79,1 79,8 80,3 80,6 80,4 80,3 80,1 80,1 79,6 79,1 78,3 77,4 76,4 75,2 74,2 NaN NaN NaN NaN NaN 56 60,5 64,2 65,2 65,9 67,9 68,5 70,2 70,8 71,8 72, ,6 75,5 75,7 76,1 76,5 77,2 77,4 78,4 79,3 79,6 80,3 80,6 80,8 80,6 80,3 80,8 80,2 79, ,2 77,4 76,4 74,9 74 NaN NaN NaN NaN 59,8 61, ,1 65,9 67,3 68,6 70,3 70,6 71,4 72, ,2 75,1 75,3 75,6 76,1 76, ,3 78,8 79,7 80,4 80,8 80,9 80,8 80,8 81,1 80,4 80,1 79,7 79,1 78,2 77,4 76, ,5 NaN NaN NaN ,2 65,9 66,9 68,2 69,7 70, ,8 72,8 74,1 74,5 75,1 75,7 75,7 76,4 76, ,3 79,8 80,4 80,8 80, ,9 81,1 80,9 81,2 80,1 79, ,3 77,3 76, ,5 NaN NaN 61,2 62,2 64,2 64,3 65,6 66,5 67,7 69,1 69,7 70,8 71,2 72,1 73,3 73,9 74, ,1 76,1 76,3 77,6 77,9 79,6 80,3 80,7 80, ,3 81,6 81, ,6 80,1 79,6 79,1 78,3 77,5 76,5 75,4 73,6 72, ,6 63,7 63,9 64,7 66,5 67,2 68,4 69,3 70,1 70,6 71,7 72,8 73,9 74,1 74,5 74,6 75,7 75,8 77,3 79,3 79,2 79,9 80,7 81,1 81,1 81,2 81,7 81,3 81, ,5 80,3 79, ,4 77,7 76,8 75,5 74, ,9 63,2 63,4 64,3 65,7 66, ,7 69, ,9 72,5 73,1 73,4 73,8 74,2 74,9 75,3 76,7 78,1 79,3 79,9 80,7 81,1 80,9 81,3 81, ,5 81,5 81,1 80,8 80,4 79,6 79,3 78,7 77,7 76, ,3 61,8 62,7 63,3 63,6 64,9 65,8 67,3 68,3 68,8 69,6 70,3 71,9 72,6 72,7 73,3 73,5 74,3 74,7 76,1 77,8 78,9 79,6 80,4 80,9 80,9 81,4 82,1 81,8 81,8 81,7 81,5 81,1 80,8 80, ,3 78,7 77,9 77,1 62,6 61,1 61,5 61,6 63, ,5 67,2 67,9 68,7 69,2 70,9 71,4 72,1 72,6 72,7 73,7 74,3 75,4 76,4 78,4 79,2 80,2 80, ,1 81,8 81,9 81,9 81,9 81,7 81,4 81,3 80,8 80,5 80,1 79, ,3 62,4 59,7 60, , ,7 65,3 66,3 67,1 67,9 68,7 69, ,3 71,7 71,8 72,8 73,3 74,5 75,8 77,4 78,7 79,8 80, ,1 81,9 81, ,9 81,8 81,6 81,3 80,8 80,7 80,1 79,7 79,2 61,3 58,8 58,7 60,5 60,2 62,2 62,7 64,7 65, ,8 67, ,7 70,2 70,6 70, ,3 73,5 75,3 77,2 78,3 79,1 79,8 80,6 81,1 81, ,1 82, ,9 81,7 81,4 81,3 81,1 80,9 80,2 79,8 59,9 57,9 57,7 58,2 59,3 60,4 61,4 62,9 63,7 64,5 65,5 66,2 68,2 68, ,4 69,6 70,7 71,3 72,5 74,7 76,4 77,5 78,4 79,3 79,9 80,7 81,4 81,8 81, , ,8 81,7 81,5 81,2 80,8 80,4 57,7 55,9 55,8 56,1 57,4 58,6 59,7 61,4 62,2 63,1 63,9 64,7 66,5 67,2 67,6 68,1 68,1 69,1 69,9 71,1 73,7 75,1 76, ,6 80,4 81,1 81,5 81,7 81,8 81, ,9 81,9 81,8 81,6 81,5 81,3 80,9 55, ,5 54,1 54,8 56,6 57,6 59,1 60,1 61,1 62,1 62,9 64, ,5 66,2 66,5 67,6 68,3 69,4 72,3 74,1 75,9 76,4 77,7 78,5 79,4 80,3 80,9 81,2 81,6 81,5 81,9 81,6 81,6 81,8 81,7 81,6 81,3 81,3 52,4 50,5 50,6 51,6 52,7 54,6 55,3 56,9 57, ,1 60,8 62,3 63,4 64,1 64,5 64,5 65,6 66,1 67,9 70,2 72, ,7 76,7 77,9 78,6 79,7 80,1 80,4 80,9 81,1 81,4 81,4 81,5 81,6 81,6 81,6 81,4 81,3 48,2 48,2 48,3 48,6 50,1 51,4 52,9 54,5 55,7 56,7 57,7 58,6 60, ,5 62,3 62,3 63,9 64,3 65,8 68,6 71,4 72, ,2 76,5 77,3 78, ,8 80,3 80,5 80, ,1 81,3 81,3 81,4 81,3 81,1 44,7 44,1 45, ,7 48, ,6 52,8 53,9 55,1 56,1 57,5 58,5 59,1 59,6 59,9 61,1 61,9 63,1 66,3 69,1 70,1 72,3 73,6 75,1 76,3 77, ,5 79,4 79,6 80,1 80,4 80,4 80,9 80, ,8 80,9 41, ,2 42,1 43,6 45,2 46,8 48,4 49,6 50,8 51, ,6 55,6 56,2 56,9 56,9 58,3 59,1 60,3 63,8 66,4 68,3 70,5 71, ,5 75,7 76,6 77, ,5 79,1 79,2 79,5 79,8 80,2 80,2 80,2 80,3 36,8 35,7 37,6 38,2 39,8 41,6 43,1 44,6 46, ,3 49,2 50,9 51,8 52,7 52, , ,1 64,8 67,6 68,9 70, ,7 74,8 75,5 76,3 76,7 77,3 77,9 78,1 78,7 79,1 79,2 78,7 79,6 31,4 31,4 32,5 33,7 35,3 37,1 38,7 40,3 41,6 42, ,2 46,8 47,5 48, ,7 50,4 51,7 52,4 56,6 59,1 61,8 64,2 66,1 67,2 68,9 70,5 71,8 72,8 73,6 74,7 74,7 75, ,7 76,8 77,4 77,5 77,7 26,3 26,5 27,7 29,1 30, ,5 35,1 36,6 37, ,9 41,9 42,7 43, ,6 45,8 46,6 47,6 51,4 54,7 57,2 59,3 61,3 62,9 64, ,9 68,9 70,2 70, ,7 72,9 73,7 73,9 74,5 75,2 75,2 19,5 20,2 21,4 22, ,4 26,9 28,5 29,6 30,7 31,9 32,9 34,3 35,4 35,5 36,6 37,4 38,2 39,1 40,1 43,8 46,7 49,7 51,7 53,7 54,6 57,4 59,1 60,5 61,7 62,9 64,2 64,8 65,9 65,9 67,7 67,8 68,2 68,6 69,1 Speed (RPM) n nom 20

19 Torque (Nm) ENERGY EFFICIENCY Result: IE3-motor (4 kw) h = + 2% T nom NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 77,8 78, ,2 79,3 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 73,4 76,7 76,5 77,3 77,9 78,7 78,6 79,4 79,1 79,3 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 72,7 73,4 76,6 77,3 77, ,5 78,9 79,6 79,5 79,5 78,8 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 72 72,3 72,9 73,9 76,9 76,9 77,9 78,1 78,6 78,8 79,4 79,7 79,5 79,2 78,7 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 71,4 72,2 72,9 72,9 74, , ,4 78, ,4 79,9 79,9 79,7 79,2 78,7 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 68,9 72,1 72,3 73, ,5 77,2 77,2 77, ,9 79,3 79,6 80,1 80,2 80,1 79,8 78,9 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 69,1 68,6 72,1 72,7 73,6 74,1 74,7 77,1 77,2 77,9 78,4 78,8 79,2 79,9 80,1 79,9 80,3 80,1 79,6 78,8 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 69,7 69,6 71,8 72,9 73, ,7 77,4 77,3 78,1 78,3 78,9 79,2 79, ,2 80,7 80,2 79,6 79,4 78,3 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 66,2 69,2 69,8 72,5 72,9 73,3 74,2 74,7 77,2 77, ,5 78,7 79,3 79, ,4 80,2 80,3 80,3 79,5 79,2 79,8 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 66, ,5 72, , , ,8 77,6 78,5 78,7 79,5 79,3 80,2 80,2 80,7 80,3 80,2 79,7 79,7 80,4 79,5 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 66,8 69,5 70,2 72,9 73,4 73,6 73, ,1 77,7 77,8 78,6 78,8 79,5 79,6 80,3 80,8 80,8 80,7 80,4 80,1 79,8 80, ,5 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 66,8 67,5 69,8 70,5 72,6 72,8 73,9 74,3 74,4 77,4 77,5 77,6 78,2 78,7 79,2 79,3 80,5 80,6 80,7 80,7 80,6 80,3 80,2 81,1 80,2 79,6 79 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 67,3 67,5 68,9 70,4 72,4 73,1 73,5 73,9 74,8 77,1 77,6 77, , ,4 80,1 80,8 81,2 81,1 80,7 80,8 80,3 81,3 80,9 80,2 79,6 78,7 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 65,2 66, ,8 69,9 72,4 73,2 73, ,3 77,1 77,2 77, , ,3 80,1 80,5 81,1 81,2 81,4 80,7 80,7 81, ,8 80,3 79,3 78,5 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 65,6 66,6 67,5 69,1 70,3 72,7 72,7 73,6 74,3 74, ,9 77,6 77,9 78,1 78,9 79,3 80,1 81,1 81,1 81,4 81,5 81,2 81,2 82,3 81,6 81,3 80,6 80,1 79,3 78,2 NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 65,2 67, , ,9 73,1 73,4 73,6 74,1 76,7 77,1 77,5 77,8 78,2 78,7 78,8 79,9 80,3 81,3 81,4 81,2 81,4 81,6 82,4 81,7 81,4 81,1 80,4 79, NaN NaN NaN NaN NaN NaN NaN 64,6 65,3 67,1 67,5 69, ,7 72, ,1 74,2 76,2 76,7 76,8 76,7 77, ,6 79,6 79, ,2 81,4 81,2 81,6 82,4 82,1 82,1 81, ,5 79,7 79,1 77,8 NaN NaN NaN NaN NaN NaN 64,8 64,2 67,4 67,7 69,2 69, ,1 73,1 73,5 73,1 76,5 77,2 76,6 76,9 77, ,3 79,5 79,5 80,8 81,7 81,6 81,3 81,9 82,7 82,7 82,4 81,9 81,6 80,9 80,3 79,8 78,5 78 NaN NaN NaN NaN NaN 64, ,4 66,4 68, ,7 72,4 72,3 73,2 73,8 75,7 76,3 76,6 76,5 76, ,1 79,3 79,6 80,8 81,3 81,6 81,9 81,8 82, ,9 82,3 81,9 81,5 81,1 80,3 79,5 78,8 78 NaN NaN NaN 65, ,1 66,7 67,2 68,7 69,1 70,6 71,4 71,7 72,7 73,2 75,6 75,5 76,1 76,4 76,7 77,6 77,7 78,8 80,5 81,1 80,8 81,6 81, ,2 82,8 83,1 82,5 82, ,4 80,8 80,2 79,7 78,9 77,8 NaN NaN 63, ,8 66, ,6 68,5 70,2 71,2 71,3 72, ,9 75,3 75,1 75,9 76,2 76,9 77,2 78,4 80,6 80,6 81,2 81,2 81,5 82,1 83,3 83,3 83,2 82,8 82,6 82, ,5 80,8 80,3 79,7 78,9 78, ,7 64,3 63,4 64,9 65,8 67,3 68,2 69,5 70, ,5 71,8 74, ,7 75,5 75,6 76,6 76,7 77,9 81,6 79,9 80,9 81,6 81,8 81,9 83,2 83,3 83,2 83,3 82,8 82,6 82, ,5 80,8 80,4 79, ,1 63, , ,3 66, ,6 69,8 70,1 70,8 71,4 73,5 74,8 74,2 74,6 74,7 75, ,4 84,2 79,6 80,5 81,1 81,5 81,8 83,2 83,4 83,3 83,4 83,1 82,9 82,6 82, ,5 81,1 80,5 79,9 79,2 62,8 61,5 62,8 63,2 64,5 65,4 66,5 68,5 69,5 69, ,3 72,8 73,4 73, ,4 75,1 75,4 76,8 78,4 79,4 80,2 81,1 81,6 81,6 83,2 83,2 83,5 83,4 83,3 83,1 82,9 82,5 82, ,7 81,2 80, ,4 62,3 61,6 62,7 63,2 64,5 65,5 67,1 68,2 68,2 69,1 69,9 71,7 72,8 73,2 73,3 73,5 74,1 74,7 75,9 77,6 79,1 79,6 80,3 80,9 81,7 83,3 83,3 83,3 83,5 83,6 83,3 83,1 82,8 82,7 82,4 82,2 81,7 81,5 80,9 60,7 60,2 60,2 61,7 61,4 63,2 64,4 66, ,8 68,1 68,8 70,4 71,7 71,9 72,3 72,6 73,5 73,8 75, ,6 79,3 80,4 80,7 81,2 82,9 83,4 83,4 83,4 83,6 83,3 83,5 83,1 83,1 82,8 82,5 82,2 81,9 81,4 59, ,7 60,3 60,1 62,6 63,1 65,5 66,2 66,5 67, ,3 70, ,3 71,6 72, ,2 75, ,4 79,7 80,4 81,2 82,3 83,1 83,2 83,4 83,4 83,5 83,5 83,4 83,4 83,1 82,9 82,5 82, ,9 57,4 56,8 58,7 58,7 60,5 61,4 63,8 64,4 64,9 65,7 66,3 68,3 69,3 69,3 70,1 70,4 71,3 71,7 73,2 75,1 75, ,9 80,5 82,1 82,5 82,9 83,2 83,2 83,2 83,3 83,2 83,3 83,2 83,1 82,8 82,6 82,5 55,2 55,6 56, ,5 58,9 59,5 62,1 62,8 63,5 64,3 65,3 67,1 67,6 68,2 68, ,3 70,6 71,2 73,5 75,5 76,6 77,9 78,6 79,9 81, ,6 82,7 83,1 83,3 83, ,2 83, ,9 82,6 54,3 52,9 53,2 54,3 54,8 57,3 58,2 59,9 60,8 61,6 62,5 63,1 65,8 66,4 66,6 66,9 67,4 68,5 69,1 70,1 72,6 74,4 76,3 77,6 78,2 79,6 81,1 81, ,3 82,8 82,8 83,1 83,2 83,2 83,3 83,2 83, ,1 50,6 49,8 50,9 51,9 52,8 54,8 55,9 57, ,1 60,8 61,8 63, ,4 65,6 66,2 67,1 68,7 70,6 72,9 74,1 75,8 77,1 78,3 79,9 80,8 81,3 81,6 82,3 82,6 82,8 82,7 83,1 83,1 83, ,4 82,9 46,3 48,1 47,9 49,7 50,3 52,2 53,3 55,7 56,5 57,3 58,4 59,1 61,4 62,2 62, ,8 64,5 65,3 66, ,3 73,3 74,2 76,1 76,9 79,1 79,8 80,6 81,2 81, ,1 82,5 82,6 82,6 82, ,8 82,7 44,5 44, ,4 47,7 49,6 50,8 53,2 54, ,7 56,6 58,9 59,6 60,5 60,7 61,1 62,2 62,7 64,1 67,5 68,9 71,1 72,8 74,3 75,7 77,6 78,6 79,6 80,5 80, ,4 81,7 81, ,4 82,6 82,6 82, ,1 40,7 42,5 43,6 45, ,3 50,6 51,3 52,5 53,4 55,3 56,6 57,2 57, ,8 59,8 61,1 64,2 66,6 67,8 70, ,3 75,6 76,9 77,4 78,2 78,8 79, ,2 80,4 81,1 81,3 81,3 81,8 81,8 34,5 36,6 37,4 38,9 40,3 42,6 43,2 45,7 47, ,8 51,8 52,9 53,5 54,2 54,5 55,8 56,4 58, ,4 65,5 67,9 69,5 70,9 73,1 74,3 75,6 76, ,6 78,3 78,9 79,3 79,6 79,8 80,5 80,4 80,8 29,9 31,4 32,9 34,3 35, ,1 41,4 42,4 43,4 44,8 45,9 47,6 49,1 49, ,5 51,3 52,5 53,8 56,9 59,8 62,1 64,8 66,2 67,9 70,2 71,7 72,9 73,7 74,5 75, ,5 77,3 77,9 78,4 78,8 78, ,8 28,3 29,6 31,5 32,9 34,2 36,4 37,7 38,8 39,7 40,8 42,6 43,9 44, ,6 46,9 47,3 48,9 51,9 54,6 57,6 59,8 61,8 63, , , ,1 73,1 73,7 74,5 75,4 75,5 76,2 76,1 76,4 24,7 21, ,3 25,5 27,6 28,5 30,1 31,3 32,4 33,2 34,2 36,2 37,1 37,9 38,5 39,2 39,8 40,5 42,4 44,9 48,3 50,8 53,5 54,2 57,7 59,5 60,9 62,3 63, ,4 67,4 67,5 68,5 69,2 69,8 70,7 71,5 71,8 Speed (RPM) n nom 21

20 Result: IE2 motor (4 kw, 4-polig) Most efficient point: 1,5 x n nom and 0,4 x T nom +3% (ɳ= 82%)

21 Result: IE3-motor (4 kw) h = + 2% Most efficient point: 1,5 x n nom and 0,4 x T nom +3% (ɳ= 83,5%)

22 Overall Energy Monitoring System - Transmission Total efficiency: Motor Transmission Load h max = 85 % h max = 93 % h max = 88 % Trending: Maintenance: Fault / Condition h max = 97 % h max = 67,5 % n =. I =. htotaal = h1 x h2 x h3 x h4 24

23 Reduction: Belt drive

24 Reduction: Belt drive Energy efficiency from the suppliers

25 Reduction: Belt drive Horizontal lines: Speed has almost no influence on the efficiency

26 Reduction: Belt drive

27 Reduction: Belt drive XP types can transmit more power than SP types for the same profile (don t need to change pulleys) 1x SPA1682 (in:out / 140:250) 4,2 kw (servicefactor 1,40) 1x XPA1682 (in:out / 140:250) 6 kw (servicefactor 1,40) Side note: XP = more flexible more sensitive/prone for vibrations XP has harder sides more wear on the pulley

28 Reduction: Belt drive Pulley diameter manufacturers state that larger diameter is better efficiency (bigger bending radius) Less belt tension Less radial load on bearings

29 Reduction: Belt drive Side note: For larger pulleys: Higher torque allowed (belt tension is the limiting physical factor) Allowed motor speed is reduced (belt speed is the limiting factor)

30 Reduction: Belt drive Number of belts important conclusion from iso efficiency maps is to keep the belts well loaded

31 Reduction: Belt drive Belt tensioner Less load Efficiency drops 1%

32 Reduction: Belt drive Alignment has no influence on the efficiency only the pulley will wear faster

33 Reduction: Belt drive Wear on pulley

34 Reduction: Belt drive Wear on pulley new belt belt after 1 hour on worn pulley Efficiency drops 3%

35 Reduction: Belt drive Conclusion: Belt type Load (Speed is less important) Number of belts (-2%) larger diameter of pulley (+2%) Good belt tension (+1%) Alignment faster wear Worn pulley (-3%) Engineering Maintenance

36 Reduction: Gearbox - 4% Torque after gearbox Torque before gearbox 39

37 79,2 81,2 81,6 83,2 Reductions ENERGY EFFICIENCY COMPARISON TRANSMISSION baseline Linear (baseline) MOTOR V -BELT (SPA) V -BELT (XPA) GEARBOX 40

38 Overall Energy Monitoring System - maintenance Total efficiency: Motor Transmission Load h max = 85 % h max = 93 % h max = 88 % Trending: Maintenance: Fault / Condition h max = 97 % h max = 67,5 % n =. I =. htotaal = h1 x h2 x h3 x h4 41

39 Maintenance conditions: Misalignment Standard / Bad / high efficient oil High efficient bearings Wear Contamination (filters, pipes, valve types, )

40 Reduction: Gearbox - oil measurements Standard oil: GEAR600XP220 vs. High Efficient oil: SHC630 (mineral oil) (synthetic oil) 43

41 Reduction: Gearbox - oil measurements Standard oil: GEAR600XP220 vs. High Efficient oil: SHC630 (mineral oil) (synthetic oil) mean X (%) Efficiency Standard oil (%) Efficiency ExxonMobil 600XP (%) Efficiency ExxonMobil SHC600 (%) Temperature standard oil ( C) Temperature ExxonMobil 600XP ( C) Temperature ExxonMobil SHC600 ( C) -2800min -1-8Nm 72,92 71,19 73,12 54,63 53,63 49,59 44

42 Reduction: Gearbox - oil measurements Standard oil: GEAR600XP220 vs. High Efficient oil: SHC630 (mineral oil) (synthetic oil) Small increase of efficiency Small temperature drop 45

43 Bearing measurements - results Standard bearings: Z vs. High Efficient bearing: E Z 46

44 Bearing measurements - results Standard bearings: Z vs. High Efficient bearing: E Z 2200 RPM, 8Nm, after 30 min turning 47

45 Bearing measurements - results IE2 (ɳ= 82%) E2 lagers (ɳ= 85,6%) +3,5%

46 Misalignment motor 49

47 Misalignment motor gemiddeld standaarddeviatie max min Nominaal: optimaal punt: Horizontal (12u) vertical (3u) 50

48 Misalignment motor gemiddeld standaarddeviatie max min Nominaal: optimaal punt: Horizontal (12u) vertical (3u) 51

49 Misalignment motor gemiddeld standaarddeviatie max min Nominaal: optimaal punt: Horizontal (12u) vertical (3u) 52

50 Misalignment motor gemiddeld standaarddeviatie max min Nominaal: optimaal punt: Horizontal (12u) vertical (3u) 53

51 Misalignment motor 54

52 Overall Energy Monitoring System - Load Total efficiency: Motor Transmission Load h max = 85 % h max = 93 % h max = 88 % Trending: Maintenance: Fault / Condition h max = 97 % h max = 67,5 % n =. I =. htotaal = h1 x h2 x h3 x h4 55

53 Load 1: Efficiency of a pumping system 56

54 Load 1: Efficiency of a pumping system

55 Load 1: Efficiency of a pumping system pump life, reliability and maintenance costs are strongly related to the distance of the operating point to the Best Efficient Point (BEP).

56 Load 2: Compressed air system Choose a perfect size and location Pressure as low as possible (+booster) Compressor as close as possible to consumer No overdimensioning: compressor / pipes / cilinders Throttling air is a loss of energy

57 Load 3: Production line Online monitoring 60

58 CASESTUDY 61

59 Casestudy: field measurements 62

60 Casestudy: Industrial dust extractor kwe

61 Casestudy: Industrial dust extractor Improvements in 4 steps: 1. Redimensioning and implementing new electric motor 2. Implementing speed control 3. Redimensioning drive train: implementing direct drive 4. Optimizing load profile

62 Casestudy: Industrial dust extractor Improvements in 4 steps: 1. Redimensioning and implementing new electric motor 30 kw Induction motor: 19,4kWe input power 60% loaded - 11% 22kW IE3 4p Induction motor: 17,3kWe input power 75% loaded

63 Casestudy: Industrial dust extractor Improvements in 4 steps: 1. Redimensioning and implementing new electric motor 2. Implementing speed control 22kW IE3 4p Induction motor: 17,3kWe input power 75% loaded - 8% (-11,5% without losses in the drive) 22kW 48% freuquency: 15,9kWe input power 75% loaded

64 Casestudy: Industrial dust extractor Improvements in 4 steps: 1. Redimensioning and implementing new electric motor 2. Implementing speed control 3. Redimensioning drive train: implementing direct drive

65 Casestudy: Industrial dust extractor Improvements in 4 steps: 1. Redimensioning and implementing new electric motor 2. Implementing speed control 3. Redimensioning drive train: implementing direct drive 22kW 48% frequency: 15,9kWe input power 75% loaded + 6% and less maintenance cost 22kW 48% frequency:14,9kwe input power 75% loaded

66 Casestudy: Industrial dust extractor Improvements in 4 steps: 1. Redimensioning and implementing new electric motor 2. Implementing speed control 3. Redimensioning drive train: implementing direct drive 4. Optimizing load profile Feedback from process speed reduced to 600 rpm during production stop in this case: - 39% with energy logging

67 Casestudy: Industrial dust extractor Improvements in 4 steps: 1. Redimensioning and implementing new electric motor (- 11%) 2. Implementing speed control (-8%) 3. Redimensioning drive train: implementing direct drive (-6%) 4. Optimizing load profile Only in first 3 steps: -23% without: - optimizing load profile - working in optimal point (1,5x n nom and 0,4 T nom )

68 MONITORING ENERGY EFFICIENCY 71

69 Overall Energy Monitoring System Selection production machine: Load profile on performance curve: Trending: performance 100% Load profile: Time n (RPM) I (A) 16/01/ : /01/ : ,5 Time 16/01/ : ,3 16/01/ : ,5 16/01/ : ,1 16/01/ : ,2 average load: (over a specified period) h a = 45 % 16/01/ : ,45

70 Energy Driven Maintenance Online EE-monitoring 73

71 Energy Driven Maintenance 74

72 Energy Driven Maintenance SOAP or REST interface ERP system 75

73 Energy Value Stream Mapping 76

74 SMART FACTORY NEW PROJECT SEPTEMBER 2017 SMART FACTORY 77

75 New project - september 2017 Smart factory Data warehouse Data analytics Data lake Agile BI-systeem Data visualisatie IoT Big data IoT IoD Fast data Fast data TI PC # % h SAP GLOVIA TDOffice Sales Management Production 78

76 More information PXL Hogeschool Departement PXL TECH Head and programme director BSc. Electromechanics Projectengineer Research Maintenance Universitaire Campus - Agoralaan - Gebouw H B-3590 Diepenbeek (Belgium) url: tel: gsm: patrick.pilat@pxl.be Linkedin: