Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Produktionsprozesse mit Frequenzumrichtern
Ein ressourcenschonender Umgang mit Energie steht überall auf der Agenda. Die elektrische Antriebstechnik spielt dabei eine wesentliche Rolle. Wird der Antrieb optimal ausgelegt und ausgewählt, können die Lebenszykluskosten drastisch sinken.
Auslegen des Frequenzumrichters
Im Gegensatz zum Motor, der immer nach dem geforderten Drehmoment auszulegen ist, erfolgt die Auswahl des Frequenzumrichters stets nach dem Strom und nicht nach der Leistung. Grundsätzlich gilt, dass der erforderliche Motorstrom als Dauerstrom verfügbar sein muss. Daneben sind notwendige Stromreserven einzuplanen. Auch sie sind von einer Reihe Faktoren abhängig. Dazu zählt in erster Linie der Drehmomentverlauf der Last. Hier gilt es, das Startmoment in die Überlegungen mit einzubeziehen und Besonderheiten des Lastspiels wie pulsförmige oder gleichmäßige Lasten.
Auch die Leitungslängen zum Motor spielen eine Rolle. So reduziert ein Spannungsabfall am Kabel das verfügbare Motormoment ebenso, wie ein Spannungsabfall an eventuell erforderlichen Sinus- oder du/dt-Filtern.
Weitere Auswahlfaktoren betreffen die vom Anwender für seine Applikation benötigten Schnittstellen wie Feldbusse, die Schnelligkeit von Regelverfahren oder andere Sonderfunktionen wie Sicherheitsfunktionen, Kaltleiterauswertungen oder ähnliches. Ebenso zählen zu diesen Kriterien Bremsbetrieb oder Vierquadrantenbetrieb. Alle diese Einflüsse sind gesondert zu bewerten und werden eine wesentliche Rolle bei der Auswahl des passenden Frequenzumrichters spielen.
Netzbelastung – mögliche Maßnahmen im Vorfeld
Ein Nachteil der Umrichter sind deren Rückwirkungen auf das speisende Netz durch nichtlineare Stromaufnahme. Die daraus resultierenden Verzerrungen der Sinusform des Versorgungsnetzes werden als Netzrückwirkung oder auch Oberschwingungen bezeichnet. Für die Beurteilung der Netzqualität betrachtet man die Frequenzen bis 2,5 kHz, entsprechend der 50. harmonischen Oberschwingung.
Das Übertragungsnetz, Transformatoren oder auch Kompensationsanlagen sind für die Nennfrequenz des Netzes berechnet und ausgelegt. Höherfrequente Schwingungen führen zu höheren Bezugskosten für elektrische Energie, Mehraufwand durch höhere Blindleistungsbelastung und der Notwendigkeit der Überdimensionierung von Komponenten und Anlagenteilen und belasten Kabel, Leitungen und Geräte. Daher müssen auch Überlegungen zur Netzbelastung für eine optimale Auslegung berücksichtigt werden.
Im ersten Schritt sollte die Netzbelastung ermittelt werden – sei es durch Berechnung oder Messung im vorhandenen Netz. Zeigen sich tolerierbare Werte, kann der Anwender gegebenenfalls auf weitere Maßnahmen verzichten. Allerdings sollte er auch mithilfe von Simulationssoftware die zukünftige Belastung des Netzes mit in die Überlegung einbeziehen, um Überraschungen im Nachhinein auszuschließen.
Optimaler Aufbau erleich tert Wartung und Service
Bei der Auswahl eines Herstellers und des passenden Modells gilt es, nicht nur die Leistungsdaten, sondern auch den Aufbau des Frequenzumrichters sowie die Serviceleistungen mit zu berücksichtigen. Denn neben den Anschaffungskosten beeinflussen vor allem die Betriebskosten die Produktionskosten nachhaltig über den gesamten Lebenszyklus des Produkts beziehungsweise der Anlage. Also liegen möglichst lange Wartungsintervalle mit kurzen Stillstandszeiten im Interesse des Anwenders.
Maßgeblichen Einfluss haben dabei die eingesetzten Komponenten, die im Frequenzumrichter lange und störungsfrei arbeiten sollen. Neben der Leistungselektronik sind auch Hilfsaggregate, wie beispielsweise Lüfter, ein wesentlicher Punkt. Sind alle Komponenten, die gewartet werden müssen, bekannt? Wie groß sind die Intervalle? Lassen sie sich einfach erreichen und ohne Spezialwerkzeug ausbauen?
Auch Lüfter sollten auf die Lebensdauer der Frequenzumrichter ausgelegt sein.
Für kurze Stillstandszeiten sorgt ein wartungsfreundlicher Aufbau. Sind die Umrichter so konstruiert, dass alle Baugruppen einfach und ohne große Demontagearbeiten an den Geräten zugänglich und austauschbar sind? Sind Steuer-, Netz- und Motorleitungen steckbar ausgeführt? Lassen sich Erweiterungsmodule schnell entnehmen und gegebenenfalls in ein Austauschgerät wieder einsetzen? Dies alles beschleunigt im Fehlerfall den Austausch und reduziert die Stillstandszeiten.