OMSLAGVERHAAL  
Maintenance Magazine 152 – juni 2021

Blijft een herwikkelde motor even efficiënt?

In juli gaat er een nieuwe fase in van de ErP-richtlijn rond de efficiëntie van elektromotoren. Heeft het dan nog zin om bestaande elektromotoren te herwikkelen of wordt het een stuk interessanter om meteen te investeren in een energievriendelijker alternatief?

Elektromotoren vormen de veelal onzichtbare werkpaarden van onze globale economie. Wereldwijd zorgen ze voor ongeveer 70% van het totale elektriciteitsverbruik in de industrie. In Europa alleen al is dat goed voor een energieverbruik van naar schatting 1.470 TWh op jaarbasis. Om energiebesparingen te realiseren is het dus logisch dat eerst naar deze systemen werd gekeken, en dat werd in 2009 in de ondertussen befaamde Ecodesign Directive 2009/125/EC gegoten. Die Europese regelgeving legt stelselmatig strengere efficiëntie-eisen op aan motoren en bovendien wordt de scope van de vermogensklassen progressief uitgebreid. Zo zullen dit jaar voor het eerst motoren met een vermogen van 0,12 tot en met 0,55 kW moeten beantwoorden aan de regels. Vandaag zouden we in theorie volop in fase IE3 moeten zitten, maar in de praktijk blijkt dat nogal tegen te vallen. Dat is vooral te wijten aan de veelvuldige uitzonderingen die opgenomen zijn in de verordening. Vanaf 1 juli zullen ook een aantal van die uitzonderingen verdwijnen, waardoor we naar verwachting toch een versnelling zullen zien in de verkoop van IE3 motoren.

Wat betekent dat voor mij?

Niets. Of misschien beter: weinig directe gevolgen. De verplichting geldt enkel voor de aanbieders die deze toestellen verkopen of inzetten in hun machines. Toch is de evolutie naar energiezuiniger motoren er eentje om in de gaten te houden, omdat het ook de vervangmarkt stilaan wijzigt. Het zal steeds interessanter worden om oudere motoren niet langer te repareren, maar te vervangen door energiezuinige exemplaren. Als we uitgaan van een levensduur van twintig jaar voor een motor in een standaardapplicatie, dan vertegenwoordigt de aankoopprijs minder dan 5% van de levensduurkost. De elektriciteitskosten liggen helemaal aan de andere kant van het spectrum, met ongeveer 95%. Verbind beide factoren met elkaar en dan weet u dat het op zijn minst interessant is om de ROI van een vervanging even te laten berekenen. Bovendien zorgen de stijgende rendementen voor een bijkomend gunstig effect: de energiedichtheid wordt groter, waardoor soms een kleiner exemplaar kan ingezet worden voor exact dezelfde taak. Dat scheelt uiteraard ook in aanschafprijs en verbruik.

Analyse herwikkelproces

De vraag rijst of het herwikkelen van motoren dan wel nog zin heeft. Want als de energiewinst zo groot is en we het aandeel in de TCO in het achterhoofd houden, schakelen we dan niet meteen over op een motor met zuiniger profiel? Een genuanceerd antwoord dringt zich hier op, want er spelen factoren mee die vaak over het hoofd gezien worden. Vooreerst moet de motor altijd in zijn applicatie gezien worden: is de te herwikkelen of te vervangen motor überhaupt wel geschikt om de machine of het systeem optimaal te laten draaien? Machines krijgen in de loop der jaren her en der wel eens een aanpassing, verslijten, of er worden onderdelen vervangen, verwijderd of bijgeplaatst. In sommige gevallen kunnen deze aanpassingen een meer geschikte motoruitvoering vereisen en is dit vraagstuk sowieso niet langer aan de orde. Als herwikkelen wel aan de orde blijft, moet ook de reden van herwikkeling geanalyseerd worden, want die heeft een mogelijke impact op de efficiëntie van het proces. Herwikkelen kan zowel ingezet worden om de output van de motor te veranderen als om een beschadiging te herstellen. Als de statorkern of andere delen van de motor evenwel te sterk beschadigd zijn, zal eveneens moeten afgezien worden van herstelling. Vooral warmteontwikkeling blijkt nefast te zijn voor zowel rotor als stator. De hitte vernietigt de isolatie tussen de lamellen, waardoor de wervelstroom en dus het verlies toeneemt. Pas als aan deze voorwaarden voldaan is, kan effectief gedacht worden aan herwikkeling.

Wat met de efficiëntie na herwikkeling?

Uit onderzoek van de federatie EASA blijkt dat herwikkelen slechts een minieme impact heeft op de oorspronkelijke efficiëntie. Dat is ook de ervaring van Raphael Brocardo, productspecialist van motorproducent WEG: “Het efficiëntieverlies hangt vooral af van de staat van de motor en de gebruikte hersteltechniek. Vroeger ging men standaard uit van een verlies van 5%, maar recent onderzoek leert dat dit een pak minder is. Om de verliezen te minimaliseren zijn er wel enkele belangrijke voorwaarden van kracht. Een eerste belangrijke pijler is de kwaliteit van het herwikkelproces. Hét kritieke punt is hier het verwijderen van de oude wikkelingen. Dat gebeurt door eerst de oude isolatie via opwarming te elimineren. Dat proces gebeurt aan een gecontroleerde temperatuur in een speciale oven, maar vergt vakmanschap. De tweede pijler is inherent aan de motorkwaliteit. Als het verwarmingsproces niet adequaat verloopt, kan de excessieve hitte voor afbraak van de coating en vervolgens voor oxidatie zorgen tussen de lamellen en is er kans op kortsluiting. Kwalitatieve motoren beschikken over lamellen die uitgevoerd zijn uit speciaal gecoat staal (ASTM C4 of C5) dat deze temperaturen kan weerstaan. Achteraf is ook een nauwgezet schoonmaakproces vereist om mogelijke kortsluitingen uit te sluiten.”

Tot slot

Of het de moeite loont om te herwikkelen hangt naast de efficiëntie ook af van het prijskaartje. Herwikkelen is voor een groot deel handenarbeid en dus relatief duur in Europa. Bij ons zal een vergelijking tussen herwikkelen of vernieuwen met andere woorden iets eerder in het voordeel van de laatste werkwijze uitvallen. WEG maakte voor de Belgische markt een prijsvergelijking tussen beide (zie afbeelding). Brocardo: “We kwamen tot de vaststelling dat voor een standaard driefasige, single speed, IE3 vierpolige motor onder de 15 kW, vernieuwing sowieso goedkoper uitvalt. Voor het segment tussen 15 en 55 kW loont het de moeite om de exacte berekening te maken, al hangt het sterk af van de situatie. Daarboven helt de beslissing geleidelijk over naar herwikkelen. We wijzen er op dat efficiëntie en terugverdientijd slechts twee factoren zijn van een veel breder plaatje. Ik denk aan betrouwbaarheid, prestatie, resterende levensduur, waarborgperiode’s en de mogelijkheid tot snelle vervanging. Vervanging zal in deze gevallen misschien duurder uitvallen dan herwikkelen en dat brengt mij terug op mijn allereerste stelling: alles begint met het bepalen of de gebruikte motor wel de juiste is voor de toepassing.”

Door Sammy Soetaert