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antriebstechnik 11/2015

antriebstechnik 11/2015

SPS IPC DIRVES

SPS IPC DIRVES 2015 Energieeffizienz als Pflicht und Kür Elektrische Antriebssysteme im Spiegel der europäischen ErP-Richtlinie Gunther Krei Mit dem Projekt „20-20-20“ verfolgt die EU ehrgeizige Ziele: Bis 2020 soll der CO 2 -Ausstoß um 20 % reduziert werden, der Anteil an erneuerbaren Energien 20 % betragen und die Energieeffizienz um 20 % gesteigert werden. Das betrifft auch die energieeffiziente Konzeption kompletter elektrischer Antriebssysteme − und bringt entsprechend neue Anforderungen bei der Berechnung der Effizienzklasse von Gesamtsystemen mit sich. Gunther Krei ist Senior Manager bei der Yaskawa Europe GmbH in Eschborn Die europäische ErP-Richtlinie (2005/32/ EC und 2009/125/EG), auch Ökodesign- Richtlinie genannt, wurde 2005 von der Europäischen Kommission verabschiedet, um die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte (Energy-related Products, ErP) auf EU-Ebene zu regeln. Dazu zählen mit Ausnahme von Verkehrsmitteln nahezu alle Elektrizität verbrauchenden Produkte, sofern davon jährlich mindestens 200 000 Stück im Gebiet der Europäischen Union in Umlauf gebracht werden. Damit betrifft die ErP-Richtlinie auch die Konzeption elektrischer Antriebssysteme. Zwei entscheidende Arbeitsphasen sind bei der Einführung der ErP-Richtlinie bereits abgeschlossen. Dort wurden vorrangig Anforderungen an die Effizienz einzelner Produkte definiert. Mit der 2015 begonnenen dritten Phase der ErP-Richtlinie gewinnt der formulierte „erweiterte Produktansatz“ an Bedeutung. Dieser besagt, dass künftig nicht mehr allein der Effizienzgrad der einzelnen Komponenten zählen wird, sondern zunehmend die Systemeffizienz der gesamten Anlage. Die konkrete Umsetzung der übergreifenden ErP-Direktive regeln nachgeordnete und ergänzende Richtlinien sowie harmonisierte Normen. In Bezug auf elektrische Antriebe sind dies vor allem zwei: die Europäische Norm EN 50598 und die internationale Norm IEC/EN 60034-30. Während die IEC/EN 60034-30 die Effizienzklassen von Motoren definiert, wurden in der EN 50598 die Effizienzklassen für Frequenzumrichter und das „Power Drive System“, bestehend aus Frequenzumrichter und Motor, festgeschrieben. Daneben beschreibt die EN 50598 rechnerische und messtechnische Verfahren zur Ermittlung der Systemeffizienz. Normensituation bei Antrieben Die im Herbst 2014 genehmigte EN 50598 umfasst drei Teile, die schrittweise bis Januar 2016 veröffentlicht werden sollen. Allerdings ist der Normgebungsprozess noch nicht abgeschlossen. In Hinblick auf die ErP-Richtlinie bildet die EN 50598 bis zu ihrer vollständigen Harmonisierung rein rechtlich nur eine Orientierung und Hilfe bei der Umsetzung − eine recht verlässliche immerhin. Ausweislich ihres Titels beschreibt die Norm das „Ökodesign für Antriebssys teme, Motorstarter, Leistungselektronik und deren angetriebene Einrichtungen“ („Ecodesign for power drive systems, motor starters, power electronics and their driven applications“). Darunter fallen im Einzelnen: ■ Frequenzumrichter als Einzelkomponente (Complete Drives Module, CDM) ■ Antriebssysteme aus Frequenzumrichter (Regeleinheit) und Motor bzw. Motorsystem (Power Drive System, PDS) 36 antriebstechnik 11/2015

Performance meets flexibility! 01 Beispielhafte Einbausituation − drei Frequenzumrichter steuern IE4-Motor-Motoren in Ventilatoren 02 IE4-Motor und darauf abgestimmte Umrichter sind auch als bauliche Einheit verfügbar ■ Antriebssysteme in Verbindung mit einer Last (z. B. einer Maschine) als sogenannte erweiterte Produkte (Extended Product) Die EN 50598 deckt die eigentlichen Motoren also nicht ab. Hier kommt die internationale Norm IEC/EN 60034-30 zum Tragen. Diese war ursprünglich für Asynchronmotoren definiert. Durch die zunehmende Verbreitung anderer Drehstrommotoren ist allerdings eine Überarbeitung der Norm notwendig geworden. Deshalb wird sie aktuell durch die beiden Normen IEC 60034-30-1 für direkt am Netz betriebene Motoren und die IEC 60034-30-2 für am Frequenzumrichter betriebene Motoren ersetzt. Die Veröffentlichung der IEC 60034-30-2 ist für 2016 vorgesehen. Bis zur endgültigen Neufassung der Norm können die in der IEC/EN 60034-30 genannten Effizienzklassen für Motoren weiterhin als gültig angesehen werden. Sie reichen von IE1 bis zur höchsten Effizienzklasse IE4. Inzwischen sind hocheffiziente Motoren verfügbar, die die Anforderungen dieser höchsten Effizienzklasse erreichen oder gar übertreffen − darunter auch alle Umrichter angetriebenen Motoren des Unternehmens Yaskawa. In diesem Zusammenhang sprechen einzelne Anbieter der Antriebstechnik-Branche irreführenderweise von IE5-Motoren, obwohl diese Klasse in den entsprechenden Normen und Richtlinien noch gar nicht definiert ist. Die Effizienzklassen Um die objektive Betrachtung eines Systems unter dem Aspekt der Energieeinsparung zu ermöglichen, müssen sich die Zulieferer bzw. Hersteller der einzelnen Komponenten auf die Bereitstellung bestimmter Daten verständigen. Im Rahmen der ErP-Richtlinie werden entsprechende Standards und Effizienzklassen definiert. Bezugspunkt der Effizienzklasse ist dabei immer ein theoretisch definiertes Referenzgerät. Aus dem Quotienten von „tatsächlichen Verlusten eines Geraetes“ und den „Verlusten des Referenzgeraetes“ ergibt sich dann die Effizienzklasse. EN 50598 und IEC 60034-30 beschreiben die mathematischen und messtechnischen Methoden zur Festlegung der Effizienzklasse für ihre jeweiligen Gültigkeitsbereiche. Für Frequenzumrichter (CDM) kennt die EN 50598 drei Effizienzklassen von IE0 (geringe Effizienz) bis IE2 (hohe Effizienz). Anders als die meisten vergleichbaren Normen orientiert sie sich dabei nicht am Wirkungsgrad, sondern an relativen Leistungsverlusten: „In dieser Norm werden die auf die Nennleistung des Antriebssystems (P in %) bezogenen Verlustleistungen anstelle des Wirkungsgrades betrachtet. Diese Vorgehensweise ist notwendig, um die „Allgemeinheit des erweiterten Produktansatzes zu sichern“, heißt es in der EN 50598-2 Individuelle Funktionspakete für Ihre Maschine. SystemOne CM. Das ideale Mehrachssystem für Ihre Automatisierungslösung. LTI Motion GmbH Gewerbestraße 5-9 · 35633 Lahnau Tel.: +49 6441 966-0 · Fax: +49 6441 966-137 info@lti-motion.com · www.lti-motion.com

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