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Energieeffizienz

Neue Normen auch für Effizienzklassen für Frequenzumrichter und Antriebssysteme

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Die Verluste bestimmen

Die Umrichterverluste können messtechnisch oder rechnerisch ermittelt werden. Bis zur Leistung von 90 kW, soll die Schaltfrequenz 4 kHz betragen (bei höheren Leistungen 2 kHz). Beim Antriebssystem ist die Frequenz frei wählbar. Die Verluste von Umrichter und Motor verschieben sich dann. Der Hersteller kann aber eine verlustoptimierte Schaltfrequenz wählen.

Bild 5: Verluste in Abhängigkeit von der SchaltfrequenzMit steigender Schaltfrequenz sinken die Motorverluste, während die Umrichterverluste steigen. Für die Gesamtverluste existiert ein Optimum [2].
Bild 5: Verluste in Abhängigkeit von der SchaltfrequenzMit steigender Schaltfrequenz sinken die Motorverluste, während die Umrichterverluste steigen. Für die Gesamtverluste existiert ein Optimum [2].
(Brosch )

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Die Verluste eines Antriebssystems können durch Addition der absoluten Verluste des Systems - Umrichter und Motor - berechnet werden. Im Bemessungspunkt ist jedoch eine Korrektur erforderlich, da die Motorverluste bei Bemessungsdrehzahl und Bemessungs-Grundschwingungsspannung gemessen wurden (IEC 60034-2-3).

Hat der Umrichter nur eine Dioden-Einspeisung, ist er nicht in der Lage, die Bemessungs-spannung des Motors als Grundschwingung seiner Ausgangsspannung zu liefern. Wird das Antriebssystem jedoch mit Bemessungsleistung betrieben, benötigt der Motor einen höheren Strom, der in Umrichter und Motor auch höhere Verluste erzeugt. In erster Näherung kann angenommen werden, dass die Motorverluste linear mit sinkender Grundschwingungs-spannung steigen. Auch im Umrichter verursacht ein erhöhter Strom auch höhere Verluste. Der Korrekturfaktor bleibt jedoch auf die Motorverluste beschränkt, da die verringerten Schaltverluste bei Bemessungsdrehzahl wegen der Übersteuerung in erster Näherung die Auswirkungen des höheren Stromes kompensieren.

Der Trend

Um verstärkt Energie einzusparen wird die Normung weiter geführt. Durch den gesetzlichen Druck, werden die Vorgaben auch realisiert, wenn gleich auch sicher weiterhin noch Schlupflöcher gesucht werden. Es gibt Motoren, die alle die „neue“ Effzienzklasse IE4 erfüllen und schon in der Praxis eingesetzt werden. (Angebote von Motoren mit IE5 waren auf der Hannover Messe 214 zu sehen). Der Nutzer ist sicher gut beraten, sich doch intensiver mit den Eigenschaften auseinander zu setzen und bei Retrofit- oder Investitionen an mehr Effizienz zu denken [7]. Der Weg dieser neuen Normen mit der Erfassung des Gesamtsystems (EP, Extended Product) ist sicher der aussichtsreichste Lösungsansatz, wenn man bedenkt, dass auch Lüfter, Pumpen und Kompressoren von ähnlichen Normen oder Mindestanforderungen erfasst werden. Durch die gesetzlichen Vorgaben, ist auch die Umsetzung gewährleistet!

Tabelle 3: Motorenarten, die IE4 erfüllen [7].
Tabelle 3: Motorenarten, die IE4 erfüllen [7].
(Brosch )

Durch die neuen Normen gibt es eine Effizienz-Klassifizierung bei Freuenzumrichtern (CDM: IEx) und Motoren (PDS: IESx) und ein Systemvergleich bei einem Lastprofil (CDM/PDS) ist möglich.

Literaturhinweis:

IEC 60034-30-1 Ed.1

[1] Zwanziger P.: Energy-Efficiency Standards for Industrial Power Drive Systems and the Driven Equipment in Consequence of EU Mandates M/470 and M/476. Overview as of April, 2013

[2] Weis, B.: Was die neue prEN 50598-2 bewirkt. computer-automation.de 03.2014, WEKA FACHMEDIEN GmbH

[3] Sander: Quovadis Energieeffizienz. Vortrag „Efficiency Arena“ HMI 2014

[4]Björkman M. : Energy efficiency of motor driven systems. Vacon Plc Vaasa, Finland

ZVEI Automation: Effizienz von Systemen mit Elektromotoren. Nov. 2010

Europäischer Verband der Hersteller von Niederspannungs-Schaltgeräten

[5] PEPELAR, S.: Energieeffiziente Antriebslösungen und Systeme der Zukunft. ATB-motors,03. 2014

[6] Fuchsloch, J.: Energy Saving with Industrial Motors – Quo Vadis ? FIE Conference Stockholm- April 17, 2013, Siemens AG, Nürnberg

[7] Brosch, Peter F.: Effizienz als neue Energiequelle. Elektrotechnik 4.2014, S. 60-62

Nr. 642/2009 - Umwälzpumpen

Nr. 327/2011 - Ventilatoren

Nr. 547/2012 – Wasserpumpen

Zwanziger P.: Energy-Efficiency Standards for Industrial Power Drive Systems and the Driven Equipment in Consequence of EU Mandates M/470 and M/476. Overview as of April, 2013

Björkman M. : Energy efficiency of motor driven systems. Vacon Plc Vaasa, Finland

ZVEI Automation: Effizienz von Systemen mit Elektromotoren. Nov. 2010

Europäischer Verband der Hersteller von Niederspannungs-Schaltgeräten

PEPELAR, S.: Energieeffiziente Antriebslösungen und Systeme der Zukunft. ATB 03. 2014

Fuchsloch, J.: Energy Saving with Industrial Motors – Quo Vadis ? FIE Conference Stockholm- April 17, 2013, Siemens AG, Nürnberg

N. N.: CLC TC22X/Sec/0123/CD Draft CD Ecodesign Standard to comment: project 23551: Energy efficiency for Power drive systems, motor starters, power electronics and their driven application. Frankfurt am Main, 2012

* *Prof. Prof. h.c. mult. Dr.-Ing. Peter F. Brosch, Hochschule Hannover

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