Energy Conservation in Electrical Drives

ENERGY CONSERVATION IN ELECTRICAL DRIVES

INTRODUCTION

                            In  order  to   keep  the  manufacturing  cost  of  a  product  minimum  and make  its  price  competitive  in  the  market,  it  is  necessary  to  minimize  energy consumption  at  all  stages  of  the  manufacturing  process  including  electrical  drives. Energy  conservation  is  also  necessary  because  with  the  ever  increasing demand   need  for  electrical  power  can  only  be  meet  by  conserving  electrical  power  in  addition  to  installation  of  new  generating  units. A  major   proportion  of  electrical power  in  a  plant  is  consumed  by  electrical  drives.  Significant  amount  of  electrical  energy  can  be  saved  by  the  use  of  efficient  and  right  type  of  electrical  drives.  This  para  briefly  describes  measure  to  be  taken  for  conservation  of  energy  in electrical  drives  which  is  an  issue  of  great  concern  today.

                    The  efficient   operation  of  an  electrical  drives  with  minimum  consumption  of  energy  requires  that  the  drive  and  the  driven  machinery  or  load  operate  efficiently.  This  cause  for  careful  design  of  both  electrical  and mechanical system.  Only  those  measures  are  considered  here  which  can  lead  to  an  efficient operation   of  electrical  drive  system. Energy  conservation  in  electrical  drive  is achieved  by  reduction  of  looses  in  its  various  parts.  Certain  measures  for  energy  conservation  in  electrical  drive  system  which  are  implemented  in  future.

       LOSSES IN ELECTRICAL DRIVES SYSTEMS

                  Energy  conservation  in  electrical  drives  is  achieved  by reduction  of  losses  in  its  various  parts.  Typical  losses  include  the  following :

1.      Electrical  transmission  losses:  These  losses depends  on  the  drive  power  factor  and  the  harmonics  in  the  line  current.

2.      Conversion losses  in  the  power  modulator  (or converter):  The  semi-conductor converter  usually  has  low  conversion  losses.

3.      Electrical  motor  losses  to  convert  electric  power  into  mechanical  power:  These  are  determined  by  choice  of  motor  (quality  of  its  design  and  its  selection  of  right  rating  ) and  quality  of  supply (voltage  variation,  unbalance, frequency  variations  and  harmonics.

4.      Mechanical  losses  in  the  parts  of  the  transmission  system  such  as  bearing ,  gears  clutches  and  belts.

5.      Losses  in  the  load:  Load  is  a  machine  required  to  perform  a  specified  task  such  as  fans, pump  and  train.

6.      losses  caused  by  throttling  or  by  other  means  that  control  material  flow  by absorbing  or  bypassing  excess  output.

7.      Mechanical  transmission  losses  such  as  friction losses  to  move  material  from  one  location  to  another.  Losses  in  pipe  line  carrying  fluid  is  one  such  example.

MEASURES   FOR  ENERGY  CONSERVATON  IN  ELECTRICAL  DRIVES

     Following  measures  can  be  adopted  for  energy  conservation  in  electrical  drives

1.      Use  of  efficient  motors.

2.      Use  of  variable  speed  drives.

3.      Improvement  of  power  factor  in  electrical drives.

4.      Using  a  motor  of  right  rating.

5.      Improvement  of  quality  of  supply

6.      Regular  and  preventive maintenance  of  motors,  transformers  &  coupled equipments.

These measures  are  explained  in  detailed  as  follows.

1.      USE  OF  EFFICIENT  MOTORS

          Due  to  lack  of  awareness  several  consumers  buy  inefficient  motors  because  they  are  cheaper  this  choice  are  highly  uneconomical  in  the  long  run  because  of  high  charges  of  electricity.  Usually  the  motors  are  inefficient  due  to  three  major  factor:

1.      Poor  quality  of  lamination  and  insulation.

2.      Use  of  less  active  material  causing  machine  operation.

3.      Poor  mechanical  design of  bearing, clutches,  gears  and couplings.

           Markets  in  India  are  flooded  with  substandard  motors  although  there  is  no shortage  of  motors  with  good  design. There  is need  for  awareness  among  engineers,  technicians  and  the  other  consumers  to  go  for  efficient  motors.

 2.      USE  OF  VARIABLE  SPEED  DRIVES

             Several  drives  are  driven  at constant  speeds  by  induction  or  synchronous  motors  although  operation  at  variable  speed  could  lead  to  saving  of  substantial amount  of  energy  such  practice  was  adopted  in  the  past  because  of  non availability  of  efficient  methods  of  speed  control  of  induction  and  synchronous motors.  Thus  use  of  variable  speed  drives  can  lead  to  large  saving  of  energy. Studies  have  shown  that  the  energy  saving  ranges  from   20%-40%  and  extra  cost  incurred  in  providing  speed  control  can  be  recovered  in  period  of  2-5  years. Considering  that  a  no.  of  these  drives  have  rating  in  megawatt  range  large  amount  of  energy  can  be  saved  by  the  use  of  variable  speed  drives.

 3.      IMPROVEMENT  OF  POWER  FACTOR 

            Due  to  wide  spread  use  of  elect.  drives  improvement  of  power  factor  has become  an  important  issue. A  good  power  factor

1.      Decrease  the  copper  loss  in  transformer,  distribution  cables,  transmission line  and  other  equipments,  thus  allowing  considerable  saving  in  energy consumption

2.      Helps  in  stabilizing  the  system  voltage

3.      Reduce  the  load  on   transmission, distribution  and  transformer. Full  utilization  of  substation  and  generating  units.

4.       Avoids  large  penalty  often  imposed  on  low  power  factor   consumer  by utilities.

        Following  methods  are  employing  for  improvement  of  power  factor

[I].Overexcited  synchronous  motors 

                When   connected  direct  on  line  a  synch.  motor   runs  at  constant  speed it  draws  leading  reactive  power  when  overexcited  so  it  is  one  of  the  method  of  power  factor  improvement.

[II]. Static  Capacitor

                 There  are  large  number  of  applications  where  speed  control  is  not required.  Induction   motors  are  widely  used  in  these  applications.  Power  factor of  such  drives  can  be  corrected  (improved )  by  permanently  connecting  a  fixed capacitor  across  the  motor  terminals.

 4.USING   A  MOTOR  OF  RIGHT  RATING

                    Most  consumers  tend  to  select  motor  power  rating  much  higher  than necessary.  Over  sizing  of  motor  has  several  disadvantages  such  as  higher  motor cost,  higher  power  modulator  cost,  higher  installation  cost, lower  power  factor  &  efficiency,  &  higher  losses.  Adequate  &  careful  analysis  must  be  done  to calculate  motor  rating  for  a  given  application. Then  from  among  the commercially  available  ratings  the  next  higher  ratings,  which  is  quite  close  to the  calculated  rating,  must  only  be  selected.

5.      IMPROVEMENT  OF  QUALITY  OF  SUPPLY

                        Due  to  inadequate  reactive  power  compensation,  the  motor  terminal voltage  varies  in  wide  limits.  In  order  to  avoid  low  voltage,  substation transformers  are  often  set  for  higher  voltages.  Under  light  load  condition,  over voltage  conditions  are  produced.  Another  important  problem  is  the  unbalance  of supply  voltage.  A  small  unbalance  in  voltage  produces  large  unbalance  in  current and  a  large  increase  in  losses. Sharp  fluctuation  of  voltage  due  to  loads  like  arc furnace  and  welding  machines  is  another  problem.

6.      REGULAR  AND  PREVENTIVE  MAINTENANCE  OF MOTORS, TRANSFORMERS  AND  COUPLED  EQUIPMENTS

                         Friction  losses  in  motors  and  elect.  losses  in  transformers  and motors  are  reduced  by  regular  and  preventive  maintenance  of  motors  and transformers.  Oiling  of  bearings,  proper  condition  and  setting  of   brakes,  brushes etc.  Proper  condition  of   cooling  fans  and  transformer  oils  are  some  of  the  step that  could  be  taken.

CONCLUSION

          Keeping   in  view  the  resources  constraints  new  generation  of  capacity  addition  has  limited  scope.  Trust  areas  of  energy  conservation, saving  energy management  and  optimum  utilization  of  existing  installed  capacities  have  vast potential  for  energy  saving.  These  news  technology  are  also  helping  to  save  the energy  going  to  waste.

“Conserve  Energy

                       Preserve  Environment”