Aufrufe
vor 2 Jahren

antriebstechnik 11/2016

antriebstechnik 11/2016

UMRICHTERTECHNIK Für

UMRICHTERTECHNIK Für dynamische Ansprüche Hochgeschwindigkeits-Frequenzumrichter mit Ethercat-Anbindung Torsten Blankenburg Seit der Markteinführung im Jahr 2014 wird ein Frequenzumrichter, der auf Basis einer Drei-Level- Technologie gefertigt wurde, kontinuierlich weiterentwickelt und verbessert: So ist das Gerät jetzt mit einem erweiterten Leistungsbereich verfügbar und ermöglicht optional die Anbindung über Ethercat. Zudem sind zwei neue Geräteausführungen mit DC-Spannungsversorgung erhältlich. Lesen Sie mehr. Mit dem Frequenzumrichter SD2M hat Sieb & Meyer einen Frequenzumrichter auf Basis der Drei-Level-Technologie entwickelt, der besonders geringe Rotorverluste gewährleistet. „Der SD2M ermöglicht jetzt Nennleistungen bis circa 360 kVA und Spitzenleistungen bis circa 450 kVA“, erläutert Rolf Gerhardt, Leiter Vertrieb Antriebselektronik bei Sieb & Meyer. „Weitere Gerätevarianten im unteren Leistungsbereich mit circa 100 kVA, aber auch für höhere Ausgangsleistungen, sind möglich bzw. bereits in Vorbereitung.“ Neu sei ebenfalls die optionale Anbindung an eine übergeordnete Steuerung über den weit verbreiteten Feldbus-Standard Ethercat – ideal für Anwendungen mit maximaler Flexibilität und hohen Ansprüchen an Dynamik und Performance. Neue Einsatzmöglichkeiten durch DC-Spannungsversorgung Neben den bereits eingeführten SD2M-Modellen für die 3-phasige Netzspannungsversorgung stehen jetzt auch zwei Ausführungen mit DC-Speisung zur Verfügung. Die DC-Versorgungsspannung darf dabei Werte von 300 V - 10 % bis 750 V + 5 % annehmen – somit ist eine Flexibilität auch bezüglich der international unterschiedlichen Anforderungen in der Versorgungsspannung sichergestellt. Bei einer Versorgungsspannung von 750 VDC verfügen die zwei neuen Antriebsverstärker über eine Geräteleistung von 183 kVA bzw. 367 kVA. Aufgrund der DC-Spannungsversorgung ist es möglich, den SD2M auch mit einem rückspeisefähigen Netzteil zu betreiben. So können auch solche Applikationen die Vorteile der 3-Level- Technologie nutzen, bei denen prozessbedingt ein wiederholter Bremsbetrieb vorliegt – das ist z. B. im Bereich der Werkzeugmaschinen und Prüfstände der Fall. „Häufig kommt dabei für alle in der Maschine notwendigen Antriebe ein gemeinsames DC-Netzteil zum Einsatz. Wenn z. B. bei dynamischen Abbremsvorgängen überschüssige Energie entsteht, wird diese in das Versorgungsnetz zurückgegeben oder über den gemeinsamen DC-Anschluss auf die anderen Antriebe verteilt“, so Gerhardt. Diese Art der Modulzusammenstellung sei insbesondere im höheren Leistungsbereich > ca. 50 KW heute Standard. Die DC-Speisung eröffnet aber auch weitere Einsatzmöglichkeiten im regenerativen Bereich. Speziell auf Seiten des rückspeisefähigen Netzteils sind jedoch oftmals länderspezifische Anforderungen, Normen und Zulassungen zu erfüllen, sodass es auf der Netzseite sinnvoll ist, flexibel länderspezifische Standardkomponenten einzusetzen. Die einfachste Schnittstelle zwischen Netzteil und regenerativer Quelle sind die beiden Anschlüsse Plus und Minus des DC-Zwischenkreises. Die Aufgabe, die Energie des Generators mit hohem Wirkungsgrad in eine geeignete DC-Spannung umzuwandeln, übernimmt dabei der SD2M. Neue Anwendungen für die Energiewende Torsten Blankenburg ist Chief Technical Officer bei der SIEB & MEYER AG in Lüneburg Mit dem SD2M hat das Unternehmen eine Marktlücke geschlossen, denn bislang waren auf dem Markt keine Umrichter für Ausgangsleistungen > 100 kW und Drehfeldfrequenzen bis 2 000 Hz erhältlich – und erst recht keine Lösungen, die auch Synchronmotoren sensorlos regeln konnten. Der Hintergrund: Für motorische und generatorische Hochgeschwindigkeits- Anwendungen mit hohen Ausgangsleistungen sind heute 104 antriebstechnik 11/2016

01 Aufgrund der DC-Spannungsversorgung ist es möglich, den Frequenzumrichter auch mit einem rückspeisefähigen Netzteil zu betreiben PRÄZISIONS- FÜHRUNGSSYSTEME 02 Geringe Rotorverluste sind insbesondere für HG -Motoren wichtig, da das Rotorvolumen in Vergleich zu einem Standardmotor geringer ist verfügbare Umrichter-Standardtechnologien nicht ausreichend. Gerade im Zuge der Energiewende werden solche Systeme aber benötigt: Schließlich ermöglichen sie eine Effizienzsteigerung von Strömungsmaschinen wie Turboverdichtern und Kompressoren, z. B. für Abwasseraufbereitungssysteme oder ORC-Anlagen zur Verstromung von Restenergie. „Je höher die Drehzahlen, desto effizienter arbeiten diese Systeme“, ergänzt Gerhardt. Die Entwicklung des Hochgeschwindigkeits-Umrichters wurde im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert. Das Ziel: Mehr Leistung, weniger Motorerwärmung Hochgeschwindigkeits (HG)-Motoren generieren ihre Leistung über die Drehzahl und nicht über das Drehmoment. Überschlägig gilt: Das Rotorvolumen verändert sich analog zum Kehrwert der Drehzahlerhöhung, d. h. bei 10-fachen Drehzahlen verringert sich das Rotorvolumen auf ein Zehntel. Daraus ergibt sich ein Problem, denn das geringe Rotorvolumen und die daraus resultierende Rotoroberfläche ermöglichen nur eine eingeschränkte Wärmeabfuhr. Das wirkt sich vor allem dann negativ aus, wenn die Motoren im Vakuum oder in Gasen mit geringer Wärmeleitfähigkeit betrieben werden. Das anwendungsseitig benötigte Leistungs-/Drehzahlverhältnis erfordert aber auch eine besondere Betrachtung des Motordesigns. „Beim Rotor muss die zulässige Umfangsgeschwindigkeit beachtet werden, bei der dazugehörigen Welle sind die biegekritischen Frequenzen zu berücksichtigen“, erklärt Rolf Gerhardt. In der Praxis bedeutet das z. B. für einen Synchronmotor mit 100 kW bei 60 000 1/min, dass die benötigte Leistungsdichte nur mithilfe eines 4-poligen Motordesigns realisierbar ist. Im Fall eines 2-poligen Designs würde aufgrund der schlechteren Verteilung des magnetischen Feldes und der damit verbundenen unsymmetrischen Magnetausnutzung das Rotorvolumen um das 1,5-fache vergrößert. Die daraus resultierende Wellenlänge wäre aufgrund von biegekritischen Frequenzen nicht realisierbar. Entsprechend wird für den Betrieb mit 60 000 1/min eine Drehfeldfrequenz von 2 000 Hz anstatt von 1 000 Hz benötigt. Vom Zwei- zum Drei-Level-Frequenzumrichter Um die nötigen Drehfeldfrequenzen erzeugen zu können, wurden bislang Zwei- Level-Frequenzumrichter eingesetzt, die die benötigte Ausgangsspannung mithilfe einer Pulsweiten-Modulation (PWM) WWW.PMBEARINGS.COM antriebstechnik 11/2016 105 7937-Advertentie 60x265.indd 1 03-05-16 12:2 PM-Bearings.indd 1 27.07.2016 13:19:18

Aktuelle Ausgabe

Aktuelle Ausgabe