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antriebstechnik 11/2015

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SPS IPC DIRVES

SPS IPC DIRVES 2015 03 Die Ökodesign-Richtlinie beschreibt im Einzelnen Frequenzumrichter als Einzelkomponente, Antriebssysteme aus Frequenzumrichter und Motor bzw. Motorsystem und Antriebssysteme in Verbindung mit einer Last 04 Zur Errechnung der Gesamteffizienz einer Umrichter-Motor-Kombination müssten unterschiedliche Effizienzklassen kombiniert werden im Kapitel 4.2. Das bedeutet konkret: Liegen die gemessenen Verluste bei bis zu 25 % über oder unter dem in Teil 2 der Norm genannten Referenzwert, ist die Effizienzklasse IE1. Sind sie höher als 25 %, ist die Effizienzklasse IE0. Für die höchste Effizienzklasse IE2 müssen die Verluste dagegen um mehr als 25 % unter dem definierten Referenzwert liegen. Die EN 50598 verfolgt zudem den erweiterten Produktansatz. Das bedeutet jedoch, dass zur Errechnung der Gesamteffizienz einer Umrichter-Motor-Kombination unterschiedliche Effizienzklassen kombiniert werden müssten, nämlich die des Umrichters gemäß EN 50598 mit der des Motors gemäß IEC 60034-30. Die EN 50598 legt die Berechnung der Systemeffizienz deshalb als Formel fest. Die Summe der realen Verluste von Umrichter und Motor werden dabei durch die Verluste des definierten Referenzsystems geteilt. Das Ergebnis führt zur Effizienzklasse des Gesamtsystems, die mit IES bezeichnet wird: Liegt das Ergebnis zwischen 0,8 und 1,2 ist die mittlere Effizienzklasse IES1 erreicht. Dies entspricht +/- 20 % Verlust gegenüber dem definierten Referenzsystem (entsprechend 100 % bzw. 1). Sind die Verluste größer als 120 % (Ergebnis über 1,2), gilt die schlechteste Effi zienzklasse IES0. Bei Verlusten kleiner als 80 % (Ergebnis unter 0,8) greift die aktuell höchste Klasse IES2. Die Angabe der Effizienzklasse bezieht sich immer auf den Nennbetriebspunkt. Da aber die Motoren und Frequenzumrichter meist im Teillastbereich betrieben werden, wo die Effizienz geringer ist, beschreibt die EN 50589 u. a. einen mathematischen Ansatz, mit dem die Verluste in jedem belie bigen Arbeitspunkt berechnet werden können. Dazu definiert die EN 50598 sowohl für Motoren als auch für Frequenzumrichter (CDM) jeweils acht Arbeitspunkte, für die die Hersteller zukünftig die Verluste an zugeben haben. Für den Verbraucher wird damit die Effizienz des Motors sowie Frequenzumrichters auch außerhalb des Nennbetriebspunktes transparent und vergleichbar. Die Umsetzung Die aus der ErP-Richtlinie resultierende Verordnung (VO 640/2009) hat dazu geführt, dass seit 2011 nur noch Motoren der „Effizienzklasse IE2 oder besser“ in Verkehr gebracht werden dürfen. Seit Juli 2014 ist für Motoren die neue Verordnung VO4/2014 gültig. Gemäß dieser Verordnung müssen seit Anfang 2015 Motoren mit einer Nennleistung von 7,5 kW bis 375 kW sogar der strengeren Effizienzklasse IE3 genügen, oder sie müssen mindestens der Klasse IE2 erfüllen und mit einem Frequenzumrichter angesteuert werden. Wie effizient die Motoren im Teillastbereich sind, hängt maßgeblich von der Konstruktion und der Topologie des Motors ab. Hier gibt es − auch in der Effizienzklasse IE4 − unterschiedlichste Motortypen wie beispielsweise Permanentmagnet- oder Reluktanzmotoren. Alle Topologien haben unterschiedliche Eigenschaften und lassen sich entsprechend in unterschiedlichen Anwendungen sinnvoll einsetzen. Starke Argumente sprechen in diesem direkten Vergleich jedoch für Permanentmagnet-Motoren (PM-Motoren). Der ca. 20 % geringere Motorstrom führt zu geringeren Verlusten im Frequenzumrichter. Desweiteren zeichnet sich der PM-Motor gerade im Teillastbereich durch vergleichsweise geringe Verluste aus. Da Antriebe vielfach im Teillastbereich betrieben werden, ergibt sich hier ein weiterer Effizienzvorteil, der die gegenüber einer herkömmlichen Asynchronmaschine etwas höheren Anschaffungskosten in den meisten Fällen bereits innerhalb von ein bis zwei Jahren amortisiert. Darüber hinaus ermöglicht die PM- Topologie aufgrund der hohen Energiedichte eine vergleichsweise kompakte und leichte Bauweise. Dies ermöglicht wiederum einen kompakteren Maschinen- bzw. Anlagenbau mit entsprechenden Vorteilen wie zum Beispiel leichtere Montage und geringere Transportkosten. Das hocheffiziente Gespann aus IE4-Motor und darauf abgestimmtem Umrichter gewährleistet niedrigste Betriebskosten. Eine beispielhafte Berechnung zeigt den konkreten Nutzen von IE4-Motoren: Ein angenommener Motor läuft im Rundum-die-Uhr-Betrieb (24/7). Ersetzt man hier einen Frequenzumrichter geregelten 30-kW-IE2-Motor mit einem Wirkungsgrad von ca. 90,7 % durch einen vergleichbaren, ebenfalls Frequenzumrichter-geregelten Motor der höheren Effizienzklasse IE4 mit einem Wirkungsgrad von ca. 93,6 %, ergibt sich allein dadurch eine Energieeinsparung von 7621 kWh pro Jahr. Mit der Umrüstung auf einen IE4-Motor und der damit verbundenen Verbesserung des Wirkungsgrads um 2,9 % spart der Verbraucher bei einem angenommen Preis von 12 Euro-Cent pro kWh also rund 900 Euro pro Jahr. Die ErP- bzw. Ökodesign-Richtlinie (2005/32/EC und 2009/125/EG) regelt als übergeordnete Direktive die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte (Energy-related Products, ErP) in der EU. Die korrekte Umsetzung für elektrische Antriebssysteme und Motoren beschrei ben Normen wie die EN 50598 und die IEC/EN 60034-30. Besondere Herausforderungen ergeben sich zum einen aus den partiell noch nicht abgeschlossenen Normgebungsverfahren, zum anderen aus den zum Teil noch nicht ausreichenden bzw. auch oftmals verwirrenden Informationen am Markt. www.yaskawa.eu.com 38 antriebstechnik 11/2015

Neue Getriebe-, Servomotoren- und Encoderbaureihen Die neue Getriebebaureihe Alpha Value Line von Wittenstein Alpha umfasst fünf Produktvarianten mit unterschiedlichen Abtriebsschnittstellen, die auf die jeweiligen Kundenanforderungen abgestimmt sind. Die Getriebe eignen sich für mittlere Anforderungen an Präzision, Dynamik und Leistungsdichte oder für den Einsatz in Sekundärachsen im High-End- Bereich. Möglich sind verschiedene Produktausführungen, bspw. als High-Torque-Variante, mit Kupplungen oder als Linearsystem. Mit der Baureihe Cyber Dynamic Line von Wittenstein Cyber Motor stehen industrietaugliche Kleinservomotoren in den Baugrößen 32 und 40 zur Verfügung, die eine verschleißfreie und energieautarke Multiturn-Funktionalität bieten. Die Encoder kommen ohne Batterie und Getriebe aus. Mit Premo stellt Wittenstein Motion Control eine neue Generation von Servoaktuatoren vor. Motoren und Getriebe mit applikationsgerecht abgestuften Leistungsmerkmalen lassen sich modular zu individuellen Motor- Getriebe-Einheiten konfigurieren. www.wittenstein.de Leistung und Funktionalität an Anforderungen der Zukunft angepasst Intelligente Lösungen mit kürzeren Zykluszeiten und mehr Flexibilität im Umfeld von Industrie 4.0: Diese Anforderungen beantwortet Bosch Rexroth mit der Synchronservomotor- Baureihe MS2N. Aufgrund der neuen Motorkonstruktion und optimierten elektromagnetischen Auslegung erreicht diese Generation eine um bis zu 30 % höhere Drehmomentdichte. Die bis zu fünffache Überlastfähigkeit bei durchgängig niedriger Rotorträgheit sorgt für hohe Beschleunigung und Dynamik in allen Baugrößen. Die durchgängig hochdynamische Baureihe gibt es in sechs Baugrößen mit jeweils bis zu fünf Baulängen. Sie deckt das Leistungsspektrum von 4 bis 300 Nm Maximaldrehmoment und 0,8 bis 148 Nm Stillstandsdauerdrehmoment ab. Alternative Varianten mit höherer Rotorträgheit ergänzen das Programm. Dazu passend gibt es drei abgestufte Gebersysteme. Für den elektrischen Anschluss von Leistung und Gebersignal stehen ein Einkabelanschluss sowie konventionelle Zweikabel- Lösungen mit flexiblen Kabelvarianten und Schnellverschluss bereit. Beide Optionen ermöglichen die volle Kabellänge nach Indradrive-Standard, d. h. bis zu 75 m ohne Zusatzkomponenten. www.boschrexroth.de Entstörung von elektrischen Antriebssystemen Made in Germany! Standardprodukte günstig direkt ab Werk kaufen! Besuchen Sie uns auf der SPS / IPC / DRIVES vom 24.-26.11.15 Halle 3A - Stand 310 • EMV / EMC / EMI in elektr. Antriebssystemen - z.B. Dämpfen an der Quelle mit allpoligem Sinusfilter • ISUVOC Aktivfilter - Harmonic Compensation - cos-y Regelung • EMV Messung - Mobiles Messgerät INA - FUSS-EMV Messlabor als Dienstleistung • Sonderinduktivitäten - PLC-Drosseln, Motorinduktivitäten Ing. Max FUSS GmbH & Co. KG . D-12489 Berlin . Germany Phone: +49 30 633 1319 100 . www.FUSS-EMV.de antriebstechnik 11/2015 39 FUSS-EMV.indd 1 13.10.2014 13:27:41

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