Motoren und Antriebe
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Elektrotechnik
Energiesparmöglichkeiten bei der Antriebstechnik
ep11/2008, 3 Seiten
Standardisierung der Effizienzklassen Bereits seit dem Jahr 2000 werden Motoren in der EU aufgrund einer Vereinbarung zwischen der Europäischen Kommission und dem europäischen Motorenhersteller-Verband CEMEP in drei Wirkungsgrad-Klassen eingeteilt: Eff1 für hocheffiziente Motoren, Eff2 für wirkungsgradverbesserte Motoren sowie Eff3 für Standardmotoren. Noch im Jahr 2008 soll der Teil 30 der IEC 60034 von der Internationalen Electrotechnical Commission (IEC) verabschiedet werden. In dieser Norm geht es um die Effizienzklassen bei Motoren, es werden Bemessungsleistungen für den Dauerbetrieb (S1) für Drehstrom-Asynchronmotoren zwischen 0,75 kW und 370 kW definiert. Das Ziel dieser Aktivitäten ist die Schaffung eines weltweiten Standards für Effizienzklassen. Wie der Tafel zu entnehmen ist, wird die zukünftige einheitliche Klassifizierung über die heute in Europa verwendete (Eff1, Eff2) hinausgehen. Bild zeigt dazu die unterschiedlichen Wirkungsgrade im Nennleistungsbereich von 0,75 bis 370 kW. Energiesparmöglichkeiten bei der Antriebstechnik Angesichts stetig steigender Energiepreise sind Unternehmen gefordert, die damit verbundenen Betriebskosten zu senken, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Immerhin verbrauchen Elektromotoren laut VDE mehr als die Hälfte des in Deutschland erzeugten Stroms, wobei Elektromotoren in der Industrie die meisten Einsparmöglichkeiten bieten. Drehzahlsteuerung, automatische Magnetisierungsanpassung und Energierückspeisung sind Möglichkeiten, um den Stromverbrauch zu senken. Enclosing innovations FIBOX Gmb H Rehwinkel 30 · 32457 Porta Westfalica Telefon: +49 - 57 31 - 8 69 46 - 0 Telefax: +49 - 57 31 - 8 69 46 - 50 E-Mail: info@fibox.de · www.fibox.de Echt clever: Chemisch resistent, elektrisch isoliert, keine Korrosion. Dabei geringes Gewicht und montagefreundliches Design. 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November 2008 Tafel Bestehende und zukünftige Standards für effiziente Antriebe EU IEC (inter- US (NEMA Energy AUS Vorschrift in aktuell national) Efficiency/EPAct folgenden Ländern Eff2 IE1 Standard Efficiency China, Braslien, Costa Rica, Israel, Taiwan Eff1 IE2 High Efficiency A2 Australien, Neuseeland, USA, Kanada, Korea, Mexico IE3 Premium Efficiency A3 IE4 Super Premium Efficiency Entwurf der neuen Motoren-Effizienzklassifizierung nach IEC 60034-30 - Wirkungsgrade in den verschiedenen Energieeffizienzklassen und Nennleistungsbereichen AUS DER PRAXIS Elektropraktiker, Berlin 62 (2008) 11 1020 AUS DER PRAXIS Effiziente Antriebstechnik umfasst alle Komponenten Die Entwicklung hocheffizienter Antriebe setzt voraus, dass Energiesparpotenziale sowohl bei Getrieben und Motoren als auch zugleich in der Leistungselektronik erschlossen werden. So verfolgt beispielsweise Getriebebau Nord diesen ganzheitlichen Ansatz bereits seit Mitte der 1990er Jahre und bietet Antriebspakete mit optimalem Gesamtwirkungsgrad an. Energiespar-Drehstrommotoren aus Nord-Produktion erfüllen alle heute gängigen Normen und werden dank kontinuierlicher Fortentwicklung zeitnah auch auf kommende Standards wie die Effizienzklassen IE3 (Premium Efficiency) und IE4 (Super Premium Efficiency) der IEC ausgelegt werden können. Alle Getriebe werden bereits seit 1981 in Blockgehäusebauweise gefertigt, die durch den Wegfall drehmomentbeaufschlagter Dichtflächen neben anderen funktionalen Vorteilen besonders verschleißarmen Lauf und hohe Effizienz im Betrieb gewährleistet. Je nach Getriebetyp kommen zusätzliche Vorzüge hinzu: Bei Stirnradgetrieben zum Beispiel wurden die Abwälzbewegungen speziell optimiert, um mechanische Reibungsverluste auf ein Minimum zu begrenzen. Die Schneckengetriebe werden standardmäßig mit synthetischen Hochleistungsschmierstoffen befüllt. Kombinieren lassen sich die effizienten Getriebemotoren mit Frequenzumrichtern mehrerer Baureihen (Bild ) für unterschiedlichen Leistungsbereiche mit umfassenden Funktionen und Optionen. Unter anderem hat Nord seit kurzer Zeit eine Option zur automatischen Magnetisierungsanpassung für Asynchronmotoren in die Frequenzumrichter der Reihe SK 5xx E und 700 E implementiert. Im Teillastbetrieb, z. B. bei Pumpen, Ventilatoren und horizontalen Förderbändern, kann mit dieser integrierten Funktion die Magnetisierung bedarfsgerecht abgesenkt werden, um unnötige Verluste im Motor zu vermeiden und so den Stromverbrauch erheblich zu reduzieren. Automatische Magnetisierungsanpassung Die Frequenzumrichter der Typen SK 5xx E und SK 700E von Nord können die Magnetisierung eines Asynchronmotors ressourcenschonend automatisch reduzieren, sobald er nur mit Teillast betrieben wird. Dabei benötigt der Asynchronmotor zur Abgabe seines vollen Drehmoments eine dazu passende Magnetisierung. Üblicherweise halten Frequenzumrichter über den Drehzahlbereich diese Magnetisierung konstant. Das bedeutet, dass bei Teillasten eine unnötig hohe Magnetisierung aufrechterhalten wird, die zusätzliche Wärmeverluste im Motor erzeugt. Nord-Um- Frequenzumrichter mit umfassenden Funktionen und Optionen für verschiedene Anwendungsmöglichkeiten, wie z. B. die Magnetisierungsanpassung bei Teillast Resultierende Stromvektoren in Abhängigkeit von der Magnetisierungsanpassung US: Spannungsvektor am Motor IS: Motorstromvektor Id: Stromanteil der Magnetisierung Iq: Stromanteil des Drehmoments Energiebedarf einer Abwasserpumpe bei drei verschiedenen Regelungsarten Quelle: ZVEI Beispiel einer Pumpenstation in einem Klärwerk Quelle: Getriebebau Nord electronica, München vom 11.-14.11.08, Halle A1, Stand 667 GET Nord, Hamburg vom 19.-22.11.08, Halle B5, Stand 133 SPS/IPC/Drives, Nürnberg vom 25.-27.11.08, Halle 4a, Stand 455 1021 AUS DER PRAXIS richter passen die Magnetisierung automatisch an die Last an und reduzieren damit den Motorstrom und die Verluste im Motor. Insbesondere bei kleinen Teillasten im Bereich von 10 bis 15 % lassen sich mit dieser Funktion bis zu 30 % Energie einsparen. Im Bild ist diese Funktion durch den Spannungsvektor am Motor und die resultierenden Stromvektoren näher erläutert. Der resultierende Motorstrom IS ist mit der Magnetisierungsanpassung deutlich geringer geworden. Eine entsprechende Energieeinsparung ist das Ergebnis. Die Energiesparfunktion ist aber nicht für Applikationen geeignet, die sehr dynamische Laständerungen aufweisen. Die beiden Umrichter-Baureihen mit sensorloser Stromvektorregelung sind auf mittlere bis gehobene Leistungsansprüche ausgerichtet, bieten umschaltbare Parametersätze, komfortable Bedienoptionen und eignen sich für alle gängigen Bussysteme. Besondere Ausstattungsmerkmale lassen sich anwendungsspezifisch abstimmen. Drehzahlregelung: Energiebedarf im Vergleich Eine schon etwas ältere, aber bei weitem noch nicht ausgereizte Möglichkeit zur Energieeinsparung ist die Drehzahlregelung mit Frequenzumrichter. Das wird mit einem Beispiel des ZVEI anhand der Verwendung einer Drehzahlregelung statt einer Drosselung bei einer Abwasserpumpe erläutert. Bei der Planung einer außenliegenden Pumpenstation (Bild ) wurden folgende Daten zu Grunde gelegt: · max. Abwassermenge 750 m³/h, · mittlere Abwassermenge 400 m³/h, · die Nutzförderhöhe liegt bei 12 m und · die Gesamthöhe bei maximaler Abwassermenge bei 18 m, · die Pumpe fördert 900 m³/h bei Nenndrehzahl und benötigt hierfür eine Motorwellenleistung von 70 kW, · Aufnahmeleistung: 73 kW. Es werden drei Alternativen zur Anpassung des Förderstromes der Pumpe an den Abwasserfall hinsichtlich ihres Energiebedarfs verglichen. Im Bild wird von einem mittleren Abwasserfall von 400 m3/h, jährlich 8000 Betriebsstunden und einem Strompreis von 0,08 Euro/kWh (heute 0,10 Euro/kWh) ausgegangen. Die Kosten für einen Frequenzumrichter einschließlich Schaltschrank und Platzanteil betragen ca. 7000 Euro. Sie amortisieren sich gegenüber der Drosselung in nur einem halben Jahr und gegenüber der Ein- und Aus-Regelung in zwei Jahren. Die Einsparungen können sich sehen lassen. So beträgt die Energieeinsparung bei Ersatz der Ein-Aus-Regelung durch die Drehzahlregelung 75200 kWh im Jahr, was im Beispiel eine Ersparnis von 6016 Euro bedeutet. Wird eine alte Drosselregelung durch die Drehzahlregelung ersetzt, werden sogar 172000 kWh Strom im Jahr weniger verbraucht, was eine Einsparung bei den Stromkosten von 13760 Euro pro Jahr bedeutet. Die Amortisationszeit beträgt dabei also nur etwa 0,5 Jahre. Energierückspeisung Eine weitere Möglichkeit, im Bereich der Antriebstechnik Energie einzusparen, besteht in der Rückspeisung von Bremsenergie mit Hilfe von geeigneten Frequenzumrichtern und rückspeisefähigen Antrieben. Dies lohnt sich bei Motoren, die große Schwungmassen in Bewegung versetzen und wieder abbremsen, wie z. B. Aufzüge oder Papiermaschinen. Auch die Verkehrstechnik profitiert von dieser Einsparmöglichkeit, wie z. B. bei den künftigen S-Bahn-Zügen ET 422 (Rhein-Ruhr-Gebiet), dem U-Bahn-Fahrzeug DT 5 (Hamburg), bei Straßenbahnen, Fernreisezügen sowie Lokomotiven. Neben der möglichen Energieeinsparung lässt sich mit geregelten Rückspeisesystemen im stationären Betrieb auch die Netzqualität verbessern, was zu weiteren Einsparungen führt. So können die durch Oberschwingungsströme bedingten Verluste in der Niederspannungsverteilung, im Netztrafo und in der Netzzuleitung entfallen. zur Überprüfung von elektrischen und elektromedizinischen Betriebsmitteln nach DIN VDE 0701 / VDE 0702 und VDE 0751 Der Alleskönner C.A 6107 Stromzange für · Geräte mit Festanschluss · Drehstromprüflinge Barcode- und Transponderleser Individuelle Prüfabläufe Direkte Identifizierung der Prüflinge über Tastatur Datenbank-Software mit Upload der Stammdaten vom PC Extrem robustes Gehäuse für den Feldeinsatz POINTILLÉS Hoenheim Chauvin Arnoux Gmb H Straßburger Str. 34 - D-77694 Kehl/Rhein Tel.: 07851 / 99 26-0 - Fax: 07851 / 99 26-60 e-mail: info@chauvin-arnoux.de www.chauvin-arnoux.de
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