תקני יעילות של שנאי DOE: סקירה מקיפה

תקני היעילות של DOE עבור רובוטריקים הם קבוצה של תקנות המגדירות את רמות היעילות האנרגיה המינימלית המקובלות עבור סוגים שונים של שנאים הנמכרים בארצות הברית. סטנדרטים אלה נועדו להבטיח כי רובוטריקים בשוק יעמדו ברמה מסוימת של ביצועי אנרגיה, ובכך יפחיתו את צריכת האנרגיה הכוללת של רשת החשמל.

התקנים מכסים מגוון רחב של רובוטריקים, כולל שלב יחיד - ושלושה - שנאי חלוקת פאזה, כמו גם שנאי כוח מסוימים. הם מציינים ערכים מקסימליים המותרים להפסדי ליבה ואובדן עומס, תלוי בכיתת המתח, הקיבולת והסוג של השנאי (כגון שמן - שקוע או יבש {}}} סוג). לדוגמה, שלב שלוש - שלב 10 - שנאי חלוקת KV של קיבולת ספציפית יגדיר מגבלות מקסימאליות עבור הפסדי הליבה והעומס שלו תחת תקני DOE. עמידה בתקנים אלה היא חובה עבור יצרנים המעוניינים למכור שנאים בשוק האמריקני.

 

Ⅴו מקור תקני היעילות של DOE

ניתן לייחס את פיתוח תקני היעילות של DOE לשנאים למודעות ההולכת וגוברת לצורך בשימור אנרגיה ולהשפעת ציוד חשמלי על הסביבה. משבר האנרגיה של שנות השבעים היה זרז משמעותי, והדגיש את הפגיעות של ארצות הברית למחסור באנרגיה ואת הצורך להשתמש באנרגיה בצורה יעילה יותר. עם הזמן, ככל שהדאגות לגבי שינויי האקלים גדלו, היה דגש מוגבר על הפחתת פליטות גזי חממה הקשורים לייצור אנרגיה וצריכה.

ה- DOE, כסוכנות הפדרלית האחראית על מדיניות אנרגיה ומחקר בארצות הברית, לקחה יוזמה לפתח תקני יעילות למוצרי חשמל שונים, כולל רובוטריקים. סטנדרטים אלה גובשו באמצעות תהליך מקיף שכלל תשומות של מומחים בתעשייה, חוקרי אנרגיה וקבוצות סביבתיות. המטרה הייתה להקים איזון בין קידום יעילות אנרגטית והבטחת המשך הזמינות של אמין ועלות {}}} ציוד חשמלי יעיל. התקנים עודכנו מעת לעת כדי לעמוד בקצב ההתקדמות הטכנולוגית בתכנון וייצור שנאי, כמו גם כדי לשפר עוד יותר את החיסכון באנרגיה.

 

תקני יעילות VI.DOE לרובוטריקים

נמוך - מתח יבש - שנאי חלוקה סוג.

שלב יחיד -				שלוש - שלב
KVA	2007 יְעִילוּת (%)	2016 יְעִילוּת (%)	וָרִיאַצִיָה %	KVA	2007 יְעִילוּת (%)	2016 יְעִילוּת (%)	וָרִיאַצִיָה %
15	97.7	97.70	0.00%	15	97.0	97.89	0.92%
25	98.0	98.00	0.00%	30	97.5	98.23	0.75%
37.5	98.2	98.20	0.00%	45	97.7	98.40	0.72%
50	98.3	98.30	0.00%	75	98.0	98.60	0.61%
75	98.5	98.50	0.00%	112.5	98.2	98.74	0.55%
100	98.6	98.60	0.00%	150	98.3	98.83	0.54%
167	98.7	98.70	0.00%	225	98.5	98.94	0.45%
250	98.8	98.80	0.00%	300	98.6	99.02	0.43%
333	98.9	98.90	0.00%	500	98.7	99.14	0.45%
				750	98.8	99.23	0.44%
				1000	98.9	99.28	0.38%

 

נוזל - שנאי חלוקה שקועים

שלב יחיד -				שלוש - שלב
KVA	2010 יְעִילוּת (%)	2016 יְעִילוּת (%)	וָרִיאַצִיָה %	KVA	2010 יְעִילוּת (%)	2016 יְעִילוּת (%)	וָרִיאַצִיָה %
10	98.62	98.7	0.08%	15	98.36	98.65	0.29%
15	98.76	98.82	0.06%	30	98.62	98.83	0.21%
25	98.91	98.95	0.04%	45	98.76	98.92	0.16%
37.5	99.01	99.05	0.04%	75	98.91	99.03	0.12%
50	99.08	99.11	0.03%	112.5	99.01	99.11	0.10%
75	99.17	99.19	0.02%	150	99.08	99.16	0.08%
100	99.23	99.25	0.02%	225	99.17	99.23	0.06%
167	99.25	99.33	0.08%	300	99.23	99.27	0.04%
250	99.32	99.39	0.07%	500	99.25	99.35	0.10%
333	99.36	99.43	0.07%	750	99.32	99.40	0.08%
500	99.42	99.49	0.07%	1000	99.36	99.43	0.07%
667	99.46	99.52	0.06%	1500	99.42	99.48	0.06%
833	99.49	99.55	0.06%	2000	99.46	99.51	0.05%
				2500	99.49	99.53	0.04%

 

בינוני - מתח יבש - שנאי הפצה סוג

יעילות 2010 (%)
שלב יחיד -				שלוש - שלב
KVA	ביל			KVA	ביל
	20-45KV	46-95KV	גדול יותר או שווה ל 96 קילוואט		20-45KV	46-95KV	גדול יותר או שווה ל 96 קילוואט
	יעילות (%)	יעילות (%)	יְעִילוּת (%)		יעילות (%)	יעילות (%)	יעילות (%)
15	98.1	97.86		15	97.50	97.18
25	98.33	98.12		30	97.90	97.63
37.5	98.49	98.3		45	98.10	97.86
50	98.6	98.42		75	98.33	98.12
75	98.73	98.57	98.53	112.5	98.49	98.30
100	98.82	98.67	98.63	150	98.60	98.42
167	98.96	98.83	98.80	225	98.73	98.57	98.53
250	99.07	98.95	98.91	300	98.82	98.67	98.63
333	99.14	99.03	98.99	500	98.86	98.83	98.80
500	99.22	99.12	99.09	750	99.07	98.95	98.91
667	99.27	99.18	99.15	1000	99.14	99.03	98.99
833	99.31	99.23	99.20	1500	99.22	99.12	99.09
				2000	99.27	99.18	99.15
				2500	99.31	99.23	99.20

 

יעילות 2016 (%)
שלב יחיד -				שלוש - שלב
KVA	ביל			KVA	ביל
	20-45KV	46-95KV	גדול יותר או שווה ל 96 קילוואט		20-45KV	46-95KV	גדול יותר או שווה ל 96 קילוואט
	יעילות (%)	יעילות (%)	יְעִילוּת (%)		יעילות (%)	יעילות (%)	יעילות (%)
15	98.10	97.86		15	97.50	97.18
25	98.33	98.12		30	97.90	97.63
37.5	98.49	98.30		45	98.10	97.86
50	98.60	98.42		75	98.33	98.13
75	98.73	98.57	98.53	112.5	98.52	98.36
100	98.82	98.67	98.63	150	98.65	98.51
167	98.96	98.83	98.80	225	98.82	98.69	98.57
250	99.07	98.95	98.91	300	98.93	98.81	98.69
333	99.14	99.03	98.99	500	99.09	98.99	98.89
500	99.22	99.12	99.09	750	99.21	99.12	99.02
667	99.27	99.18	99.15	1000	99.28	99.20	99.11
833	99.31	99.23	99.20	1500	99.37	99.30	99.21
				2000	99.43	99.36	99.28
				2500	99.47	99.41	99.33

 

בעוד שסטנדרטים של יעילות DOE חלים על רוב שנאי ההפצה, שנאים מסוימים - מיועדים לפונקציות מתמחות או לתרחישים - פטורים. להלן פירוט מסווג של רובוטריקים שאינם נתונים לדרישות יעילות איילה, המאורגנות על ידי תרחישים פונקציונליים:

1. שנאי חיבור והגנה מיוחדים

• Autotransformer: משתמש בתפתנות יחידה להמרת מתח; תכנון מבני הופך את כללי היעילות הסטנדרטיים לבלתי ניתנים ליישום.
• שנאי הארקה: בנוי להגנה על הארקת מערכת, עדיפות לבטיחות על פני יעילות אנרגטית כללית.
• ויסות שנאי: דורש התאמת מתח תכופה (טווח ברז גדול או שווה ל 20%); מיועד לוויסות מתח ולא חיסכון באנרגיה.

2. תעשייתי - שנאים ספציפיים

• מכונה - כלי (בקרה) שנאי: מותאם אישית למכונת דיוק - בקרת כלים, עדיפות תאימות ציוד על פני יעילות אנרגטית.
• שנאי ריתוך: מותאם לתהליכי ריתוך (זקוק למיידי גבוה - פלט זרם); היגיון העיצוב שונה מיעדי יעילות סטנדרטיים.
• שנאי כונן (בידוד): מגיש משתנה - מערכות כונן תדרים, המתמקד בבידוד חשמלי ודיכוי הרמוני - פטור מכללי היעילות הכלליים.

3. מיוחד - שנאי מבנה ומטרה

• לא - שנאי מאוורר: מסתמך על קירור אטום/פסיבי; העיצוב מתעדף התאמת חלל, לא יעילות סטנדרטית.
• שנאי אטום: מלא - מבנה סגור מגביל ניהול תרמי ואופטימיזציה של יעילות - פטור.
• מיוחד - שנאי עכבה: בנוי לצורך עכבה ספציפית - תרחישים תואמים (למשל, ציוד בדיקה); הפונקציה מקבלת עדיפות על פני יעילות אנרגטית.

4. Power - המרה - רובוטריקים ספציפיים

• שנאי מיישר: גשרים AC - ל- - המרת DC, הדורשת תאימות למעגלי מיישר - מחוץ לכיסוי יעילות סטנדרטי מחוץ.
• שנאי אספקת חשמל ללא הפרעה (UPS): מבטיח אמינות כוח חירום; מתעדף חוסן על פני יעילות חובה.
• בדיקת שנאי: משמש לבדיקת ציוד חשמלי (התאמת מתח/זרם גמיש); מיועד לפונקציות בדיקה ולא לחיסכון באנרגיה.

 

VIII. הקשר בין עלויות ייצור ויעילות

יש קשר מורכב בין עלויות הייצור של רובוטריקים לבין יעילות האנרגיה שלהם. באופן כללי, שנאי יעילות- יעילות דורשים חומרים מתקדמים יותר וטכניקות ייצור, שיכולות להגדיל את עלויות הייצור. לדוגמה, כדי להפחית את הפסדי הליבה, היצרנים רשאים להשתמש בחומרים מגנטיים איכותיים- חומרים מגנטיים איכותיים כמו מתכות אמורפיות או טוב יותר - פלדת סיליקון בדרגה. חומרים אלה לרוב יקרים יותר מהחומרים הסטנדרטיים המשמשים בשנאי יעילות נמוכים {}}.

יתר על כן, תהליך הייצור עבור שנאי יעילות {}}} יעיל עשוי להיות מדויק יותר וזמן - צורכים. לעתים קרובות נדרשים סובלנות הדוקה יותר בבנייה מתפתלת וחומרי בידוד טובים יותר כדי למזער את הפסדי העומס. גורמים אלה תורמים לעלויות ייצור גבוהות יותר. עם זאת, מנקודת מבט ארוכה - מונח, היעילות המוגברת של רובוטריקים אלה יכולה להוביל לחיסכון משמעותי באנרגיה למשתמשים בסוף -. לאורך אורך החיים של שנאי, שיכול להיות 20 - 30 שנים ומעלה, צריכת האנרגיה המופחתת יכולה לקזז את עלות הרכישה הראשונית הגבוהה יותר.

היצרנים עומדים בפני האתגר למצוא את האיזון הנכון בין עלויות ייצור ויעילות. הם צריכים לייצר רובוטריקים העומדים בתקני היעילות של DOE תוך שהם נותרים תחרותיים בשוק. זה עשוי להיות כרוך במחקר ופיתוח רציפים כדי למצוא עלות - דרכים יעילות לשיפור היעילות, כגון באמצעות טכניקות עיצוב חדשניות או שימוש בחומרים חדשים ובמחיר סביר יותר שעדיין מציעים אנרגיה טובה- מאפייני חיסכון.

 

Ix. אתגרים שמציבים שינויים סטנדרטיים 2010 - 2016

התקופה מ- 2010 - 2016 הייתה עדה לשינויים משמעותיים בתקני היעילות של DOE לשנאים. שינויים אלה נועדו להפחית עוד יותר את צריכת האנרגיה ולקדם שימוש באנרגיה בת קיימא יותר. עם זאת, הם גם הביאו כמה אתגרים עבור היצרנים והתעשייה בכללותה.

אחד האתגרים העיקריים היה הצורך של היצרנים להתאים במהירות את תהליכי הייצור ואת עיצובי המוצרים שלהם כדי לעמוד בסטנדרטים החדשים והמחמירים יותר. זה נדרש להשקעה משמעותית במחקר ופיתוח לפיתוח עיצובים שנאים חדשים העלולים לעמוד במגבלות ההפסד המופחתות. לעתים קרובות היה צורך לשנות את קווי הייצור הקיימים או לשינוי מחדש או להנדס מחדש -, מה שהוביל להגדלת העלויות במונח הקצר-.

היה גם אתגר מבחינת ניהול שרשרת האספקה. כאשר היצרנים עברו לשימוש בחומרים שונים כדי לשפר את היעילות, הם היו צריכים להבטיח אספקה ​​יציבה של חומרים חדשים אלה. לדוגמה, אם יצרן התחיל להשתמש בסוג חדש של חומר ליבה מגנטי, הם היו צריכים למצוא ספקים אמינים ולנהל משא ומתן על חוזי מונחים ארוכים {}}}. כל שיבושים בשרשרת האספקה ​​עלולה להוביל לעיכובים בייצור ועלויות מוגברות.

אתגר נוסף היה קשור לעלות - יעילותם של השנאים החדשים. בעוד שהחיסכון הארוך {}}} לטווח האנרגיה היה ברור, העלויות הראשוניות הגבוהות יותר של השנאים היעילים יותר הקשו על לקוחות מסוימים, במיוחד אלה עם תקציבים מוגבלים, כדי להצדיק את הרכישה. זה הוביל להאטה פוטנציאלית באימוץ השנאים החדשים והיעילים יותר בשוק, למרות הסביבה והאנרגיה - החיסכון בהטבות שהציעו.