By
Als je elektrische reinigingsvoertuigen gebruikt of bestelt, weet je al dat het moeilijkste niet de topsnelheid is. Het is het langzaam kruipen, het constante starten en stoppen, de volle containers en de steile hellingen achter de stations. Bij die taak vormt de tractiemotor de echte kern van de machine. Kies je het verkeerde type, dan verbrand je de accu, voorkom je oververhitting en zie je de vrachtwagens te vroeg van een dienst terugkomen.
Tegenwoordig zijn de twee belangrijkste keuzes: Synchrone motoren met permanente magneet (PMSM) en inductiemotoren. Op papier kunnen beide een vrachtwagen verplaatsen. Op echte routes in de stad, met lage snelheid en veel stop-and-go, gedragen ze zich echter heel anders. Dit artikel behandelt de belangrijkste punten, zodat u kunt bepalen welke kant het beste bij uw wagenpark past.
Sanitaire voertuigen rijden zelden met een constante snelheid van 60 km/u. Meestal rijden ze in de 0-20 km/u-band, kruipend, remmend en stuiterend. Dat patroon is belastend voor elke tractiemotor.
Elke start vereist een hoog koppel. Elke rem- en herstartcyclus voegt warmte toe. Als de motor het grootste deel van de nacht op een laag toerental blijft, is hij urenlang buiten zijn ideale toerentalbereik. Dat is waar de keuze tussen PMSM en inductie echt van belang wordt.
Op een beladen veeg- of vuilniswagen duwt u het gewicht van het voertuig, gereedschap en een volledig lichaam. Het beklimmen van een korte helling naar een overslagstation kan aanvoelen als een bergbeklimming. Motoren in het bereik van 10-40 kW voor reinigingswerkzaamheden hebben vaak een vermogen van 1500 tpm met een continu koppel van 64 N·m tot 255 N·m, en een piekkoppel dat veel hoger ligt bij korte pieken.
PMSM-aandrijvingen leveren doorgaans een hoog koppel vanaf nul toerental, omdat het rotorveld afkomstig is van magneten en niet van geïnduceerde stroom. Inductiemotoren hebben slip nodig om rotorstroom op te bouwen, waardoor ze meestal een hogere statorstroom nodig hebben en toch een lagere koppeldichtheid leveren in dat langzame gebied.
Bij start-stop-gebruik lopen de verliezen op. Inductiemotoren hebben constant last van koperverliezen in de rotor. PMSM-motoren elimineren dit verliespad door magneten in de rotor te gebruiken. Over een volledige shift kan dat een paar tot meer dan tien procent minder energie betekenen voor dezelfde route, wat niet gering is als je het vermenigvuldigt met een vloot en een jaar.
PMSM-aandrijvingen worden veel gebruikt in hoogrendementssystemen omdat ze een hoog koppel, een compact formaat en goed gedrag bij deellast combineren. In reinigingsvoertuigen komen deze eigenschappen duidelijk tot uiting in stop-and-go-werk.
Omdat de rotor permanente magneten bevat, kan een PMSM direct vanuit stilstand een hoog koppel leveren zonder een grote slipzone. Dat is handig wanneer uw truck vaak moet herstarten met volle belasting of kruipsnelheid moet aanhouden op een helling. Het maakt ook gebruik van een kleiner frame mogelijk dan een vergelijkbare inductiemachine, wat de montage rond assen en frames iets eenvoudiger kan maken.
Tests en veldgegevens uit vele sectoren tonen een efficiëntieverbetering van PMSM's van ongeveer 4 tot 7 procentpunten ten opzichte van vergelijkbare inductiemotoren. Dit verschil kan groter worden bij lichte en middelzware belasting. Op rioleringsroutes waar de vrachtwagen urenlang op deellast en lage snelheid rijdt, leiden die kleine winsten tot een zichtbare extra actieradius en minder tijd aan de lader.
Minder verlies betekent minder warmte in de rotor en stator. Een lagere temperatuurstijging verlengt de levensduur van isolatie en lagers, vooral in voertuigen die lange nachtdiensten draaien in krappe stadsstraten. Voor het onderhoudsteam kan dit zich uiten in minder klachten over warme geuren, minder vermogensverminderingen en langere smeerintervallen aan de aandrijfzijde.
PMSM is geen tovermiddel. Magneten kunnen een deel van hun kracht verliezen bij extreme temperaturen of zware storingen. De aandrijving vereist vectorregeling en een geschikt motormodel. Dat maakt regelelektronica en parameterinstelling belangrijker dan bij een eenvoudige inductiemotor met vast toerental. De kosten per kilowatt zijn ook hoger bij aankoop, zelfs als het energieverbruik gedurende de levensduur lager is.
Inductiemotoren zijn al tientallen jaren de werkpaarden van de industrie. Ze zijn eenvoudig, robuust en vertrouwd. In sommige lichte voertuigen en oudere platforms vormen ze nog steeds het hart van de aandrijving.
Voor krappe budgetten kunnen inductiemotoren aantrekkelijk zijn. Ze gebruiken geen zeldzame-aardemagneten en de technologie is bekend. Veel werkplaatsen kunnen ze herwikkelen of onderhouden. Bij matig gebruik, met minder start-stops en een lagere koppelbehoefte, kunnen ze een acceptabele levensduur bieden tegen lage kosten.
De uitdaging ontstaat wanneer je een inductiemotor de hele dag laat draaien op lage snelheid en met hoog koppel. Je hebt meer stroom nodig om hetzelfde koppel te krijgen als een PMSM, en je hebt nog steeds last van slip- en rotorverliezen. Dat gaat ten koste van de efficiëntie, precies waar een vuilniswagen het grootste deel van zijn tijd doorbrengt. Op hellingen kun je vanuit stilstand een soepelere trekkracht voelen, wat bestuurders merken.
Omdat ze extra verliezen in de rotorkooi hebben, bereiken inductiemotoren doorgaans een rendement van bijna 90-93%, terwijl PMSM-units in veel gevallen zelfs boven de 95-97% kunnen uitkomen. In een ventilator van de centrale maakt dat misschien niet zoveel uit. In een vrachtwagen die een specifieke route op één lading moet voltooien, kan dat verschil bepalen of u de rit voltooit of dat u halverwege een lading moet opladen.
Wanneer je dit allemaal op een echt elektrisch reinigingsvoertuig toepast, zie je een duidelijk patroon.
Bij volle startbakken en hellingbeklimmingen geven PMSM-aandrijvingen een sterkere initiële duw bij een lagere stroomsterkte. Hierdoor blijven de kabel- en zekeringafmetingen binnen de perken en wordt de belasting van de accu verminderd. Inductiemotoren kunnen dit werk doen, maar vaak met meer stroom en meer warmte, vooral bij veel korte sprongen.
Als een PMSM zelfs maar 8-10% energie bespaart op een gemengde route, kan dat zich vertalen in tientallen minuten extra rijtijd aan het einde van een dienst. Studies naar tractie en industriële aandrijvingen bevestigen dit voordeel. Na verloop van tijd kunt u hiermee ook de batterijcapaciteit voor dezelfde route verkleinen, of de batterijcapaciteit behouden en een comfortmarge creëren.
Met een hogere efficiëntie en lagere rotorverliezen werken PMSM-ontwerpen doorgaans koeler. Koelere motoren belasten isolatiesystemen en lagers minder. Uw technici moeten nog steeds letten op afdichtingen, koeling en trillingen, maar ze hebben minder klachten over oververhitte aandrijvingen. Inductieaandrijvingen zijn over het algemeen robuuster in gebruik, maar bereiken bij deze specifieke toepassing mogelijk vaker thermische limieten.
Er zijn nog steeds gevallen waarin u wellicht voor inductie kiest. Als het voertuig een lichte unit is, bijvoorbeeld een kleine ondersteuningswagen die geen zware lasten vervoert of lange hellingen beklimt, kunnen de lagere initiële kosten de energiebesparing compenseren. Als u al een voorraad reserve-inductiemotoren en bijbehorende aandrijvingen heeft, en de routes kort zijn, kan inductie nog steeds werken.
Voor alles wat u jarenlang wilt gebruiken voor intensieve stadsreinigingsroutes, biedt PMSM u doorgaans meer marge op koppel, temperatuur en energie. Dat is een van de redenen waarom u veel 5-40 kW-aandrijvingen voor sanitaire toepassingen ziet die zijn gebouwd als PMSM-motorserie en niet als zuivere inductielijnen.
Als uw belangrijkste routes veel stop-and-go, veel hellingen en lange diensten omvatten, is PMSM over het algemeen de meest geschikte keuze. Het biedt een hogere koppeldichtheid, een betere efficiëntie bij lage snelheden en een koelere werking, precies onder de omstandigheden die de druk op vuilniswagens verhogen. Inductiemotoren kunnen ook nog steeds worden gebruikt, maar vaker in lichtere toepassingen of waar de energiekosten minder kritisch zijn dan de initiële prijs.
Qingdao Enneng Motor Co., Ltd. (ENNENG) richt zich op het onderzoek naar en de productie van permanente magneetmotoren voor industrieel gebruik. Het bedrijf ontwikkelt ontwerpen met lage snelheid en hoog koppel, aandrijvingen met constant toerental en directe aandrijfsystemen voor zowel hoge als lage spanningen. Deze motoren worden toegepast in sectoren zoals goudmijnen, kolenmijnen, bandenfabrieken, olievelden en waterzuiveringsinstallaties.
Met gepatenteerde PMSM-motortechnologie en een mix van standaard- en maatwerkproducten levert het bedrijf elektrische aandrijfmotoren die lage snelheden, een hoog koppel, brede toerentalbereiken en hoge vermogensfactoren ondersteunen in vele continubedrijfstoepassingen. Voor operators die willen overstappen van traditionele inductieaandrijvingen naar een hoogrendementsoplossing, biedt ENNENG praktische oplossingen om verliezen te beperken en tegelijkertijd renovaties beheersbaar te houden.
V1: Waarom zijn stop-and-go-toepassingen zo belastend voor inductiemotoren in reinigingsvoertuigen?
A: Inductiemotoren hebben slip en rotorstroom nodig om koppel te genereren. Bij lage snelheden betekent dit hogere verliezen en meer warmte, vooral wanneer de vrachtwagen constant start en stopt met een zware last.
Vraag 2: Bespaart een PMSM altijd energie ten opzichte van een inductiemotor?
A: In de meeste bedrijfscycli van sanitaire voorzieningen wel. PMSM-aandrijvingen verminderen rotorverliezen en bereiken vaak een paar tot meerdere procentpunten hogere efficiëntie, wat optelt bij lange shifts en veel voertuigen.
Q3: zijn PMSM-motoren moeilijker te regelen dan inductiemotoren?
A: De aandrijving heeft een goede vectorregeling en motorgegevens nodig, maar moderne omvormers kunnen dat prima verwerken. Eenmaal geïnstalleerd, is het dagelijkse gebruik voor de gebruiker niet complexer dan bij een inductiesysteem.
Vraag 4: Welk vermogensbereik is zinvol voor elektrische reinigingsvoertuigen?
A: Veel kleine en middelgrote elektrische reinigingsvoertuigen gebruiken motoren in het bereik van ongeveer 5–40 kW, met een koppel dat is afgestemd op starten onder volledige belasting en korte hellingen, in plaats van op hoge topsnelheid.
V5: Kun je PMSM- en inductiemotoren in hetzelfde wagenpark gebruiken?
A: Dat kan. Sommige exploitanten behouden inductiemotoren op oudere of lichte units en verschuiven nieuwe of veelgevraagde routes naar PMSM. Op die manier behaalt u energiebesparingen en een beter rijgedrag waar dat het belangrijkst is, zonder alles in één keer te schrappen.
