Steuerungstechnik
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Elektrotechnik
Energiekosten einsparen mit der Amplitudenregelung
ep8/2008, 2 Seiten
Elektropraktiker, Berlin 62 (2008) 8 718 AUS DER PRAXIS Energiekosten einsparen mit der Amplitudenregelung Zur Steuerung des Energiebedarfs elektrisch betriebener Heizungen in der Industrie und im Gewerbe kommen häufig Thyristorleistungssteller zum Einsatz. Die Amplitudenregelung mittels IGBT-Technologie (Insulated Gate Bipolar Transistor) ist eine Alternative, mit der sich der Energiebedarf um den Blindleistungsanteil verringern lässt. Außerdem entfallen die von Thyristorstellern bekannten Flicker-Effekte und Oberwellen. Energiekosten einsparen Energiekosteneinsparung ist heutzutage nicht nur im privaten Bereich, sondern auch für Industrie und Gewerbe ein Thema, mit dem man durch die ständig steigenden Stromkosten permanent konfrontiert wird. Die Energie wird im industriellen Bereich zu einem sehr großen Anteil für die Erzeugung von Prozesswärme und Raumwärme sowie die Beleuchtung benötigt. Maßnahmen, um einen Teil der hohen Kosten zu kompensieren und somit eine Preisreduktion zu erzielen, gestalten sich immer schwieriger und bedürfen innovativer Lösungen. Unter diesen Aspekten bietet Jumo mit dem IPC-Leistungsumsetzer (Bild ) eine kostengünstige Lösung, um Strom einzusparen und kostenoptimiert zu arbeiten. Ansteuerverfahren Im Bereich der elektrisch betriebenen Heizungen, deren Anteil im Vergleich zu den gasbetriebenen Heizungen ständig wächst, kommen häufig Thyristorleistungssteller zum Einsatz. Hier gibt es verschiedene Verfahren, um den Energiebedarf zu steuern. Zu den konventionellen Betriebsarten der Thyristorleistungssteller, die im Impulsgruppenbetrieb oder Phasenanschnitt gesteuert werden, gibt es nun eine Alternative, die Amplitudenregelung. Funktionsprinzip Im Gegensatz zu den bekannten konventionellen Betriebsarten der Thyristorleistungssteller mit Impulsgruppen- oder Phasenanschnittbetrieb steuert der IPC (IGBT-Power-Converter) seine Leistung durch Verändern der sinusförmigen Stromamplitude im Netz. Die Höhe dieser Amplitude richtet sich nur nach der aus dem Netz entnommenen Leistung. Der Sinus wird in seiner Form nicht verändert (Bild ). Die Höhe der sogenannten Steuerblindleistung richtet sich nach dem Steuerwinkel (Alpha), der je nach benötigter Temperatur und der somit angeforderten Leistung variieren kann. Wird also die Anlage auf eine verringerte Leistung heruntergefahren, da nicht die gesamte Leistung permanent benötigt wird, z. B. im Fall eines Schonbetriebes über Wochenenden oder an Feiertagen, so ergibt sich durch den größeren Steuerwinkel bei herkömmlicher Methode im Phasenanschnittbetrieb ein verändertes, für den Energieverbrauch schlechtes Wirk-Blindleistungsverhältnis (Bild ). Ergebnisse Durch den Einsatz des IPC-Leistungsumsetzers entfällt der Blindleistungsanteil im Energiebedarf, womit ein enormer Kostenvorteil erreicht werden kann. Bedingt durch die kontinuierliche, gleichmäßige Stromaufnahme des IPC und einer symmetrischen Verteilung der Last kann zudem noch auf eine Netzlastoptimierung verzichtet werden, die bei einer herkömmlichen Ansteuerungsmethode notwendig ist. Eine Blindleistungskompensations-Anlage erübrigt sich für die Heizungsanlage gänzlich. Somit werden durch die Verwendung neuester Technologie Energiekosten eingespart (vgl. das Berechnungsbeispiel) und die Investitionskosten amortisieren sich in kürzester Zeit. Bodo Schmitt Der IPC-Leistungsumsetzer von Jumo I INetz ILast ULast U/I Netzspannung Netzstrom Lastspannung und -strom 1. Halbwelle 2. Halbwelle 3. Halbwelle a) Netzspannung b) Lastspannung und Laststrom c) Netzstrom Je größer der Phasenschnittwinkel , desto höher der Blindleistungsanteil Quelle: Jumo Elektropraktiker, Berlin 62 (2008) 8 719 Nutzen und Vorteile auf einen Blick: · besonders gut geeignet für Widerstandsheizungen, Siliciumcarbid-, Molybdändisilizid-Heizelemente und Infrarotstrahler · höhere Standzeiten der Heizelemente durch schonenden Betrieb · Steuerungsprinzip Amplitudenregelung · Blindleistungskompensationsanlage entfällt · reine Wirkleistungsaufnahme · spart Energie und Ressourcen Nachstehend ein Beispiel zur Berechnung der Ersparnis bei Einsatz des IPC im Vergleich zur Phasenanschnittsteuerung mit den folgenden Werten: Gesamtleistung 621 kW Heizung mit 34 SIC-Heizelementen 17 IPC-Leistungsumsetzer (17 Zonen) nach Typenblatt 70.9050 Elektrische Werte der Heizelemente: Nennspannung 205 V Pmax = 36,54 kW (zwei Heizelemente parallel an einem IPC) Inenn = 89,12 A R = 2,3 Stromtarif: Örtlicher Stromtarif 0,012 pro kWh 31 % Blindanteil frei 260 Tage im Jahr (24h am Tag) Berechnung für Phasenanschnittbetrieb: Phasenwinkel im ausgeregelten Zustand = ca. = 57,1°, = 17,4° 80 % der maximalen Leistung = ausgeregelter Zustand Scheinleistung (ausgeregelter Zustand) x cos 17,4° = Wirkleistung Scheinleistung (ausgeregelter Zustand) x sin 17,4° = Blindleistung 29,232 kVA x cos 17,4° = 27,89 kW 29,232 kVA x sin 17,4° = 8,74 kvar Hieraus ergibt sich: 8,74 kvar Blindleistung x 17 Zonen = 148,58 kvar 148,58 kvar x 24 h = 3566 kvarh 3566 kvarh x 260 Tage = 927160 kvarh 31 % davon sind frei = 287420 kvarh 639740 kvarh x 0,012 /kWh = 7677 Ersparnis/Jahr bei Einsatz des IPC Das Rechenbeispiel kann in Bezug auf Leistung, Betriebskosten und Laufzeit an jede beliebige Anlage angepasst werden. Jetzt bestellen! EIB-Basiswissen Firma/Name, Vorname Branche/Position z. Hd. Telefon Fax E-Mail Straße, Nr. Postfach Land/PLZ/Ort Datum Unterschrift ep0808 Ich bestelle zur Lieferung gegen Rechnung zzgl. Versandspesen zu den mir bekannten Geschäftsbedingungen beim huss-shop HUSS-MEDIEN Gmb H 10400 Berlin KUNDEN-NR. (siehe Adressaufkleber oder letzte Warenrechnung) Preisänderungen und Liefermöglichkeiten vorbehalten TIPP: Abonnenten der Fachzeitschrift ELEKTROPRAKTIKER erhalten 10 % Rabatt auf Bücher der ELEKTROPRAKTIKER BIBLIOTHEK (Bitte bei Bestellung Kunden-Nr. angeben) Expl. Bestell-Nr. 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Autor
- B. Schmitt
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