Frequenzumrichter

Mehr Power für Frequenzumrichterlösungen

| Autor / Redakteur: Judith Ruppert, Rolf Weissenfels* / Sariana Kunze

Vorteilhaft an dem Powermodul PM240P-2 von Siemens ist, dass die modularen Frequenzumrichter Sicherheitsfunktionalitäten wie STO und SS1 integriert haben.
Vorteilhaft an dem Powermodul PM240P-2 von Siemens ist, dass die modularen Frequenzumrichter Sicherheitsfunktionalitäten wie STO und SS1 integriert haben. (Bilder: Siemens)

Für industrielle Anwendungen gibt es eine Vielzahl an Applikationen, die von frequenzgeregelten Antrieben profitieren – wie Pumpen, Lüfter, Kompressoren. Entscheidend ist dabei der Leistungsumfang der Frequenzumrichterlösungen. Für seine Gerätefamilie Sinamics hat Siemens die Power weiter erhöht.

Pumpen, Lüfter und Kompressoren sind vor allem für die Prozessindustrie von Wichtigkeit, da sie präzise Massen und Mengen unterschiedlichster Medien regeln. Allerdings wandelt sich die Anforderung von rein konstant ablaufenden Prozessen hin zu bedarfsgeregelten Systemlösungen. Vor diesem Hintergrund hat Siemens bereits vor Jahren den Frequenzumrichter Sinamics G120P entwickelt, der sich auf erhöhte Energieeffizienz frequenzgeregelter Prozesse fokussiert. Lag bisher das Augenmerk auf Applikationen im Bereich Heizung, Klima- und Lüftungstechnik, wurde nun auch die Einsatzmöglichkeit auf industrielle Anwendungen ausgebaut. Dabei profitieren Pumpen, Lüfter, Kompressoren von den Möglichkeiten. Dies macht sich durch die stetige Erhöhung des Leistungsniveaus bemerkbar.

Frequenzumrichterlösungen von 11 kW bis 630 kW

Diesem Trend begegnet Siemens mit dem modular aufgebauten Frequenzumrichter Sinamics G120P und den Powermodulen PM240P-2 sowie den Powermodulen PM330, die nun durchgängig die Leistung von 11 kW bis 630 kW für industrielle Anwendungen abdecken. Zudem wird das Gerätespektrum von einer einheitlichen Regelungsbaugruppe über den gesamten Leistungsbereich ergänzt. Dabei können sich Anwender zwischen den unterschiedlichen Gehäusevarianten für Einbau- oder Schrankmontage entscheiden. Ein Beispiel: Durch das Leistungsteil kann die Schrankbreite um bis zu 600 mm verringert werden. Außerdem wurde auch der standardmäßige Spannungsrahmen von bisher max. 400 V auf Anschlussspannungen von 500 V bis 690 V erweitert. Für kleinere Leistungen genügen die Einbaugeräte, bei großen Leistungen bieten sich Schrankgeräte an, wie sie Siemens nun standardmäßig für industrielle Anwendungen anbietet. Die Schrankgeräte lassen sich individuell konfektionieren und werden einbaufertig geliefert. Die Geräte verfügen über Schutzart IP20 bis IP54 und können bei Umgebungstemperaturen bis 60 °C betrieben werden. Dabei machen Schadgas resistente Bauteile und Lackierungen die Geräte robust gegen Umgebungseinflüsse. Auch ungünstigen elektrischen Betriebseinflüssen trotzen die Geräte: Die Frequenzumrichter sind in der Lage, die Pulsfrequenz selbst anzupassen, sprich schädliche Resonanzfrequenzen auszublenden. Vor allem in Regionen, in denen teils schwache oder verschmutzte Netze den Betrieb von Industrieanlagen erschweren, zeigen die Powermodule laut Siemens ihre Stärke. Beispielsweise sorgt eine integrierte Zwischenkreisdrossel dafür, dass die Geräte ein robustes Verhalten gegen Netzschwankungen aufweisen. Aufgrund der geringen Netzrückwirkungen seitens der Geräte sind keine zusätzlichen Netzdrosseln notwendig. Und selbst bei großen Leitungslängen zwischen Frequenzumrichter und Motor bis zu 200/300 m (Baugröße FSD/E) bzw. 300/450 m (Baugröße FSF) kann auf Ausgangsdrosseln verzichtet werden.

Energieeffizienz und Sicherheit im Blick behalten

Bei den Powermodulen wurde der Motorfluss auf den Arbeitspunkt optimiert. So ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad von bis zu 98 Prozent. Gleichzeitig ermöglicht die Ansteuerung über Profinet den Einsatz des Protokolls PROFIenergy, mit dem sich die Sinamics G120P bedarfsabhängig in unterschiedliche Ruhephasen bringen lassen. Damit lässt sich die Energieeffizienz noch weiter steigern. Praktisch ist auch, dass sich mit den Powermodulen die Simatic Energy Suite als integrierte Option für das Engineering Framework TIA Portal nutzen lässt. Dieses verknüpft das Energiemanagement mit der Prozessautomatisierung und bringt so Energietransparenz in die Produktion. Auch die Sicherheitstechnik ist ein Thema: Pumpenleerlauf ist dabei ebenso relevant wie Motorüberlastung, Riemenriss, Blockierung, Systemleckage oder unzulässige Temperatur- bzw. Druckerhöhungen. Hierzu besitzt der Frequenzumrichter mit dem Powermodul integrierte Sicherheitsfunktionalitäten, die direkt über digitale Eingänge angesprochen werden und so auch das Engineering vereinfachen. Es lassen sich so STO (Safe Torque Off) und SS1 (Safe Stop 1) für Anwendungen bis zum Sicherheitslevel SIL 3 gemäß EN 61508 nutzen.

Steuerung wird vereinfacht

Außerdem gibt es in den Geräten freie Funktionsbausteine, die über logische Verknüpfungen einfache Steuerungsfunktionen ausführen können. So lassen sich ohne zusätzliche Steuerung Kennlinien verschieben oder Verriegelungen von Tastern programmieren. Die Konfiguration der Anschlussklemmen ist über Makros möglich.

In Verbindung mit der integrierten Echtzeit-Uhr lassen sich die Geräte als Subsysteme individuell an Prozesse anpassen. Drei frei programmierbare digitale Zeitschaltuhren, ein automatischer Wiederanlauf, die Fangschaltung von drehenden Elektromotoren sowie ein PID-Regler, der die Regelung der Antriebsdrehzahl in Abhängigkeit von Prozessgrößen erlaubt, sind Eigenschaften für industrielle Anwendungen.

* *Judith Ruppert und Rolf Weissenfels, Motion Control, Digital Factory, Siemens

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