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Sinnvoll gespart

KEM-Podiumsdiskussion 2012 SPS/IPC/Drives: Energieeffiziente elektrische Antriebe
Sinnvoll gespart

Die Industrie hat sich das Mega-Thema Energie- effizienz auf die Fahnen geschrieben. In aller Regel heißt das, energieeffiziente Antriebspakete zu schnüren, bestehend aus den Gruppen Steuerungstechnik, elektrische und mechanische Antriebstechnik sowie den dazu passenden Angeboten aus dem Bereich Bedienen und Beobachten. Als klassisches Beispiel in puncto Energieeinsparung gilt der Frequenzumrichter, der dem AC- Motor das Sparen beibringt. KEM hat vier marktbedeutende Unternehmen eingeladen, ihre Lösungen vorzustellen. Die KEM Podiumsdiskussion zeigt dem Teilnehmer, dass sich elektrische Antriebe und minimaler Energieeinsatz sehr wohl unter einen Hut bringen lassen.

 

Exklusiv in KEM Dieser Beitrag wurde zusammengestellt von Herbert Neumann, Redaktion KEM

Fred Donabauer, Produkt Manager AC Drives und energy efficiency electrical drives, ABB Automation Products:
Etwa zwei Drittel des in der Industrie benötigten Stroms werden von Elektromotoren verbraucht. Hauptziel zur Senkung des Energiebedarfs ist daher eine effiziente Energienutzung durch Steigerung des Motor-Wirkungsgrads. Bedeutende Einsparungen lassen sich des Weiteren durch drehzahlgeregelte Antriebssysteme erzielen. Ganz neue Möglichkeiten zur Reduzierung des Energiebedarfs bieten die innovativen, energieeffizienten Antriebspakete der Wirkungsgradklasse IE4, bestehend aus einem Synchron-Reluktanzmotor und einem Frequenzumrichter mit dem DTC-Regelverfahren. Sie erreichen im Nennbetriebspunkt, aber auch im Teillastbereich einen hohen Paket-Wirkungsgrad und können wesentlich zur Energieeinsparung beitragen. Die Konstruktion des Motors kommt ohne Permanentmagnete oder Erregereinrichtung aus und hat im Gegensatz zu einem Asynchronmotor keine Verluste im Läuferkäfig. Da keine seltenen Erden für Magnete zum Einsatz kommen, wird die Umwelt geschont und es besteht keine Gefahr einer Beschädigung durch Entmagnetisierung. Die Handhabung der Rotoren ist so einfach wie bei einem Asynchronmotor. Seine volle Leistung entfaltet der Motor in Kombination mit einem Frequenzumrichter mit Direct Torque Control-Regelverfahren. Die MTPA-Methode (maximum Torque per Ampere) der DTC-Regelung sorgt für eine reduzierte Stromaufnahme des Motors und für einen optimalen, effizienten Betrieb. Diese Lösung bietet sich besonders für Pumpen und Lüfter-Anwendungen an, die einen großen Anteil an elektrischen Verbrauchern darstellen. Der Einsatz von elektronisch drehzahlgeregelten Antrieben senkt den Energieverbrauch um bis zu 60 % im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Durchflussregelungen.
Falko Wiehle, Director Solution Sales EMA, Danfoss:
Energieeffizienzmaßnahmen beginnen bei den Einzelkomponenten, die eingesetzt werden: je effizienter diese sind, desto besser sollte eine Anwendung beim Energieverbrauch abschneiden.
Dieser Gedanke klingt als Ansatz richtig und ist doch zu kurz gesprungen: wer das Gesamtsystem nicht im Auge behält, wird auch mit den effizientest möglichen Komponenten dennoch keine optimale Lösung erzielen. Wichtig ist eine exakte Kenntnis des Prozesses, der Unwägbarkeiten und realistisch angesetzte betrieblich erforderliche Reserven. Legt man Stufe für Stufe mit ”ausreichend” Reserven aus und kommuniziert- wie so oft- der verfahrenstechnische und elektrische Part einer Planung nicht miteinander, steht am Ende der Engineeringkette ein Antrieb, der von Grund auf zu groß dimensioniert worden ist. Deswegen muss eine Systemlösung stets von der Arbeitsmaschine zum Netz hin geplant werden, sonst heißt das Endergebnis meist höhere Anschaffungs-, zu hohe Energie- und höhere Installationskosten.
Das beste Beispiel für die Einzelkomponenten-Falle ist das vermeintlich sehr gute System eines hocheffizienten EC-Motors mit aufgesetztem Lüfterrad: bei genauem Hinsehen ist es nicht das effizienteste Gesamtsystem. Warum ist das so? Es erfolgt keine Systembetrachtung. Die Ausrichtung zielt nur auf eine einzelne, hocheffiziente Komponente ab. Allein durch den Aufbau, der den Luftstrom teilweise blockiert, schneidet das kompaktere System mit EC-Motor gegenüber einem Aufbau mit ASM plus Frequenzumrichter deutlich schlechter beim Energieverbrauch ab. Das zeigt, dass nur über eine Systembetrachtung und intensiven Austausch zwischen den beteiligten Fachbereichen und dem Anwender, die für den spezifischen Anwendungsfall optimale Lösung gefunden werden kann.
Frank Maier, Vorstand, Lenze:
Stichwort Umweltfreundlichkeit: Lenze stellt sich dieser Verantwortung und entwickelt intelligente Konzepte, die die Umwelt schonen und Kosten senken. Denn die bisherigen Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von Elektromotoren sind nach unserer Ansicht unzureichend. Lenze orientiert sich bei der Ausarbeitung von energieeffizienten Antriebslösungen an der Anwendung und wählt den mechatronisch ganzheitlichen Ansatz, bestehend aus dem Motor, dem Getriebe und einem Umrichter. Da der Wirkungsgrad von Motoren bei Teillastbetrieb in der Regel deutlich schlechter ist als auf dem Typenschild angegeben, ist für eine energieeffiziente Lösung eine exakte Auslegung notwendig. Mit dem „Drive Solution Designer“ können Lastprofile und Antriebslösungen leicht modelliert und die Energieaufnahme berechnet werden. Auf diese Weise sind Energiesparpotenziale auf einen Blick sichtbar, auch ein Vergleich verschiedener Lösungen ist möglich. Gleichzeitig werden zu groß dimensionierte Antriebe vermieden – was sich direkt in den Kosten bemerkbar macht. Motoren der Wirkungsklasse IE3 sind bei gleicher Leistung deutlich teurer und größer als die der Klasse IE2: In den meisten Anwendungsfällen ist der Einsatz eines Umrichters, der die Ausgangsleistung des Antriebs an die Anwendung anpassen kann, die bessere Lösung für eine höhere Energieeffizienz. Im Unterschied zu netzgeführten Antrieben oder Motorstartern erlaubt der Einsatz von Frequenzumrichtern die Optimierung der Bewegungsabläufe und die Anpassung des Antriebs an die benötigte Prozessleistung. Lenze setzt damit auf innovative, nachhaltige Lösungen mit intelligenter Bewegungssteuerung und mit Werkzeugen für eine exakte Dimensionierung.
Klaus Fröhlich, Product Business Developer, Motion Control Systems, Siemens:
Siemens bietet Lösungen basierend auf einem umfangreichen und durchgängigen Produkt-, System- und Dienstleistungs-Portfolio, die es ermöglichen, das komplexe „Energie-Puzzle“ zu lösen.
Betrachtet man den Energiebedarf und dessen Verteilung in Deutschland, verbraucht allein die Industrie ca. 43 % des gesamten Energiebedarfs und ist damit einsamer Spitzenreiter im Energieverbrauch.
Die Hauptverbraucher in der Industrie sind vorrangig elektrische Antriebe, die ca. 70 % des industriellen Energiebedarfs benötigen. Hier liegt der größte Hebel für die effiziente Nutzung von Energie.
Gerade bei Applikationen mit elektrischen Antrieben liegen große Einsparpotenziale, die bereits heute einfach und schnell realisiert werden können. Maximale Energieeinsparungen können nur durch das methodische Vorgehen gemäß ISO 50001 und die Betrachtung des gesamten Antriebsstrangs und der Applikation selbst erreicht werden, was letztlich zu Produktivitätssteigerungen, erhöhter Wirtschaftlichkeit und nachhaltigen Wettbewerbsvorteilen führt. Diesen ganzheitlichen Ansatz zur effizienten Nutzung von Energie in der Automatisierungs- und Antriebstechnik unterstützt Siemens.
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