Frequenzumrichter So gewinnen Frequenzumrichter beim Bremsen Energie

Redakteur: Karin Pfeiffer

Eine neue Generation von ABB-Frequenzumrichtern speist Bremsenergie von Elektromotoren als annähernd oberschwingungsfreien Strom ins Netz zurück. Die Lösung spart nicht nur Energie, sondern auch Platz und unterm Strich Kosten.

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Wo häufig gebremst wird wie beispielsweise mit Liften, bieten rückspeisefähige Frequenzumrichter ein hohes Energieeinsparpotenzial.
Wo häufig gebremst wird wie beispielsweise mit Liften, bieten rückspeisefähige Frequenzumrichter ein hohes Energieeinsparpotenzial.
(Bild: ABB)

Die Industrie setzt Elektromotoren oft in Anwendungen mit zahlreichen Bremsvorgängen ein. Dazu zählen Winden und Wickler ebenso wie beispielsweise auch Pressen, Förderer, Krane oder Prüfstände. Ein Brems-Chopper und externe elektrische Widerstände geben dabei Bremsenergie in Form von Wärme ab. Die verpufft dann wirkungslos oder muss sogar mit zusätzlicher Energie gekühlt werden. Rückspeisefähige drehzahlgeregelte Antriebe hingegen können diese Bremsenergie ins Netz zurückspeisen. Das verbessert die Energieeffizienz um einiges.

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ABB positioniert sich seit langem als ein führender Anbieter solcher Lösungen: Die rückspeisefähigen Frequenzumrichter ABB Industrial Drives ACS880 decken einen Leistungsbereich von vier bis 3.200 Kilowatt (kW) ab. Sie können den Energieverbrauch dem Hersteller zufolge deutlich.

Rückgespeiste Energie ist „sauber“ und von hoher Qualität. Sie kann von anderen Verbrauchern genutzt werden, wodurch sich der Anlagenwirkungsgrad deutlich erhöht. Die bei herkömmlichen Verfahren der Widerstands- und der mechanischen Bremsung als Wärme abgegebene Bremsenergie erfordert oft eine zusätzliche Kühlung. Aus der Energierückspeisung in das Netz resultiert jedoch eine geringere Wärmeabgabe, was wiederum eine weniger aufwendige Klimatisierung des Elektroraums erfordert. Dies senkt sowohl die Investitions- als auch Betriebskosten für die Klimatisierung.

Wie viel Energie solche Lösungen einsparen, zeigt folgendes Beispiel: Bei einem Kran für die Abfallentsorgung mit einem 55-kW-Hubmotor, einem 9-kW-Kranfahrtmotor und einem 4,5-kW-Katzfahrtmotor sowie mit einem rückspeisefähigen Frequenzumrichter betragen die Einsparungen pro Jahr geschätzte 15,6 Megawattstunden (MWh) Energie – oder umgerechnet etwa 2.300 Euro. Diese Reduktion um 32 Prozent entspricht dem durchschnittlichen Jahresenergieverbrauch von vier deutschen Haushalten.

Künftig keine störenden Oberschwingungen mehr

Nichtlineare elektrische Verbraucher, darunter fallen auch drehzahlgeregelte Antriebe, verursachen Oberschwingungen, die zu unerwünschten Verzerrungen der Spannung und des Stroms in den Netzen führen. Die Oberschwingungen lassen einen Betrieb unzuverlässig werden und können andere Verbraucher wie Motoren, Transformatoren und weitere elektrische Einrichtungen übermäßig aufheizen. Das erfordert eine zusätzliche Kühlung, sorgt für Energieverluste und kann sogar schlimmstenfalls zu vorzeitigen Ausfällen führen.

Zwar können zusätzliche elektrische Filter diese Oberschwingungen dämpfen. Besser ist es jedoch, sie gar nicht erst entstehen zu lassen. Genau das leiste die neue Generation der rückspeisefähigen Frequenzumrichter, heißt es bei ABB. Sie verhinderten Oberschwingungen, bevor sie auftreten. Der ACS880 kann den Cosinus Phi der Grundschwingung zur Optimierung der Blindleistung unter allen Lastbedingungen auf Eins regeln und erfüllt Oberschwingungsnormen wie etwa IEEE519, IEC61000-3-12 und G5/4.

Die ACS880 zeichnen sich ABB zufolge durch eine hohe Störfestigkeit gegenüber Netzstörungen aus und können die Motorspannung auch bei instabiler Einspeisung stabil halten oder sogar erhöhen. Dadurch wird ein zuverlässiger Betrieb auch bei einem Abfall der Einspeisespannung unter den Normalwert sichergestellt.

Bis zu 85 Prozent weniger Platzbedarf im Elektroraum

Durch den Wegfall externer Bremskomponenten lassen sich die ACC880 kompakter bauen als herkömmliche Lösungen. Die dadurch reduzierten Engineering- und Materialkosten und der geringere Platzbedarf im Elektroraum ergeben in Summe ein erhebliches Einsparungspotenzial bei den Schrankbaukosten. ABB rechnet auf diese Weise mit einer Minderung des Platzbedarfs um bis 85 Prozent und die der Investitionskosten um bis zu 30 Prozent.

Die Wandmontagegeräte ACS880-11, die Einbaumodule ACS880-14 und die Schrankgeräte ACS880-17 haben alle notwendigen Komponenten in einem anschlussfertigen Gehäuse integriert. Das kann den Schrankeinbau zusätzlich erleichtern und beschleunigen, weil die nachträgliche Verdrahtung verschiedener Komponenten entfällt.

Die neuen ACS880 gewährleisten ABB zufolge die volle Motorspannung unter allen Bedingungen. Die Frequenzumrichter sind mit der Drehmomentregelung DTC ausgestattet und bieten damit eine präzise und dynamische Drehzahl- und Drehmomentregelung für Motor-Performance und -Effizienz.

Rückspeisung von 90 Prozent im Allradprüfstand

Damit sind die Lösungen einer Vielzahl von Anwendungen wie etwa in Hochregallagern, Abwärtsförderern, Pressen oder Skiliften gewachsen – auch Ansprüchen, wie sie auf Prüfständen gefordert werden. So sorgt ein ABB Industrial Drive unter anderem am Allradprüfstand eines führenden Landmaschinenherstellers nicht nur für die erforderliche Präzision, sondern auch für signifikante Kosteneinsparungen. Bis zu 90 Prozent der Bremsenergie, die früher in wirkungslose Wärme umgewandelt wurde, können Tests zufolge mit Hilfe des Frequenzumrichters zurückgespeist werden. Ähnliche Effekte lassen sich auch bei weiteren typischen Applikationen wie Zentrifugen, Wuchtstände, Wickler oder Turbinen erzielen.

Zudem dient der ACS880 auch als multipler Sensor, der Informationen wie Motordrehzahl, Motordrehmoment, Motorströme, verschiedene Temperaturen und viele andere Parameter ausliest. Diese Daten stehen anschließend für die Diagnose, Fernüberwachung und Prozessoptimierung über ABB Ability zur Verfügung. Unter der Marke ABB Ability bündelt der Hersteller sein digitales Angebot an Produkten, Services und Lösungen inklusive Cloud-Anbindung.

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