Rotor bringt Potenzial

Exklusiv in KEM Der Autor: Klaus Allgaier , Produkt Marketing, ABB Automation Products GmbH, Ladenburg

ABB hat aus dem altbekannten Synchronreluktanzmotor, den es bereits seit über 100 Jahren gibt, mit innovativer Technik effiziente Antriebspakete geformt, die alle Anforderungen der modernen Antriebstechnik erfüllen. Die Entwicklung für den Synchronreluktanzmotor begann bei ABB schon vor mehr als 15 Jahren. Das Unternehmen hat zwischenzeitlich wichtige Details des Motors patentieren lassen.

Der Unterschied zwischen einem Synchronreluktanzmotor und einem herkömmlichen Asynchronmotor liegt beim Rotor. Der ABB-Synchronreluktanzmotor verfügt über einen neuartigen Rotor, der mit einem konventionellen Stator kombiniert ist. Der Rotor kommt im Gegensatz zur herkömmlichen Synchronmotor-Konstruktion ohne Magnete oder Wicklungen aus. Rotorbedingte Leistungsverluste, die rund 40 % der Energieverluste eines Elektromotors ausmachen, gibt es dadurch fast keine mehr. Das innovative Antriebskonzept bietet Wirkungsgrade, die zur Erfüllung der Grenzwerte der Motorwirkungsgradklasse IE4 führen. In der Praxis konnte der Synchronreluktanzmotor sein großes Energieeinsparpotenzial bereits unter Beweis stellen.

Mindestens genauso sehr wie die Energieeinsparung wird Konstrukteure eine weitere Eigenschaft des Synchronreluktanzmotors interessieren: Da die Verluste im Rotor wegfallen, läuft der Rotor kühler und die Lagertemperaturen sind niedriger. Die geringere Abwärme ist ein wichtiger Aspekt vor allem für Konstrukteure von sogenannten Black-Boxen. Im Besonderen gilt dies für den Einsatz der Motoren in Ländern mit wärmerem Klima, beispielsweise auf der arabischen Halbinsel oder in Südamerika.

Der Synchronreluktanzmotor eignet sich von seiner Charakteristik her im Besonderen in Kombination mit Pumpen und Lüftern. Aber auch Konstantanwendungen wie Extruder, Mischer und Förderanlagen sind sein Einsatzfeld. Die Synchronreluktanztechnologie bietet eine bessere Leistungsdichte und eine höhere Energieeffizienz als vergleichbare Asynchronmotoren. Das kann für Konstrukteure auf zwei verschiedene Arten von Vorteil sein: Durch die Platzeinsparung, weil die Motoren kleiner und leichter sind, oder durch die höhere Motorleistung bei gleicher Größe und gleichem Platzbedarf.

ABB bietet den Synchronreluktanzmotor als Paket zusammen mit einem Frequenzumrichter in zwei Ausführungen an: als IE4-Antriebspaket zur Gesamtkostenoptimierung und als sogenanntes High-Out-Antriebspaket, bei dem der Synchronreluktanzmotor ein bis zwei Baugrößen kleiner gebaut ist als ein Asynchronmotor mit vergleichbarer Leistung. Letzteres Antriebspaket entspricht der Energieeffizienzklasse IE3.

Insbesondere der High-Output-Synchronreluktanzmotor kann Konstrukteuren die Planung erleichtern. Ein Beispiel verdeutlicht dies: Ein High-Output-Synchronreluktanzmotor mit 22 kW Nennleistung (1500 min-1) ist mit einer Baugröße von 160 (174 kg) deutlich kleiner und leichter als ein leistungsgleicher IE2-Asynchronmotor (Baugröße 180, 220 kg). Die Gewichtseinsparung fällt bei einem High-Output-Synchronreluktanzmotor mit 37 kW Nennleistung (3000 min-1) noch markanter aus. Dieser ist bei der Baugröße 160 mit einem Gewicht von 174 kg wesentlich leichter als ein IE2-Asynchronmotor mit derselben Leistung (Baugröße 200, 298 kg). Infolge des geringeren Platzbedarfs bietet dieser Motor auch einen größeren freien Querschnitt, was die Installation vereinfacht.

Um die Amortisationszeiten realistisch berechnen zu können, bietet ABB Herstellererklärungen für ihre ab Lager lieferbaren Antriebspakete, die anhand geprüfter Wirkungsgradkurven die Effizienz des Gesamtsystems belegen. Die Wirkungsgradkurven decken den gesamten Drehzahlbereich ab und eignen sich besonders für Pumpenanwendungen. Da Pumpen quadratische Lasten darstellen, unterscheidet sich die Effizienz deutlich vom Betrieb bei Nennlast. Anhand der Wirkungsgradkurven können die Anwender den Energieverbrauch der Synchronreluktanzmotor-Antriebspakete exakt berechnen und darauf ihre Investitionskalkulation aufbauen.

Die Auswahl des passenden Synchronreluktanzmotors wird zusätzlich durch die Tatsache erleichtert, dass die auf dem Typenschild gestempelte Nennleistung zu 100 % am Frequenzumrichter verfügbar ist. Ein Asynchronmotor schafft bekanntlich die gestempelte Leistung nur, wenn er direkt am elektrischen Netz läuft. Ist ein Frequenzumrichter zwischen dem Asynchronmotor und dem Netz geschaltet, erreicht der Motor die Nennleistung auf dem Typenschild nicht genau, da viele Frequenzumrichter ihm die volle Ausgangsspanung von 400 V nicht zur Verfügung stellen können. Folglich wird der Konstrukteur den Asynchronmotor überdimensionieren, um die geforderte Wellenleistung zu erreichen. Beim Synchronreluktanzmotor muss er dies nicht tun. I

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Klaus Allgaier, Produkt Marketing Tel.: 040 81956419 klaus.allgaier@de.abb.com

Detaillierte Informationen zu Synchronreluktanzmotoren