Aufrufe
vor 2 Jahren

antriebstechnik 4/2016

antriebstechnik 4/2016

STEUERN UND

STEUERN UND AUTOMATISIEREN Die Marktlücke schließen Umrichter: Multi-Level-Technologie ermöglicht neue Anwendungen für die Energiewende Torsten Blankenburg Mit dem SD2M hat Sieb & Meyer einen Frequenzumrichter auf Basis der Drei-Level-Technologie entwickelt, der besonders geringe Rotorverluste gewährleistet. So lässt sich die Lagerbelastung verringern und eine übermäßige Erwärmung des Motors von vornherein vermeiden. Lesen Sie, warum das Gerät eine Marktlücke schließt. „Mit dieser Ausführung stehen die Vorteile der Multilevel-Technologie nun auch für Motoren von ca. 90..220 kW zur Verfügung“, erläutert Rolf Gerhardt, Leiter Vertrieb Antriebselektronik bei Sieb & Meyer. Der Hintergrund: Für motorische und generatorische Hochgeschwindigkeits-Anwendungen mit hohen Ausgangsleistungen sind heute verfügbare Umrichter-Standardtechnologien nicht ausreichend. Gerade im Zuge der Energiewende werden solche Systeme aber benötigt: Schließlich ermöglichen sie eine deutliche Effizienzsteigerung von Strömungsmaschinen wie Turboverdichtern und Kompressoren, zum Beispiel für Abwasseraufbereitungssysteme oder ORC-Anlagen zur Verstromung von Restenergie. „Je Torsten Blankenburg ist CTO bei der Sieb & Meyer AG in Lüneburg

STEUERN UND AUTOMATISIEREN 01 Die Firmware des neuen SD2M basiert auf der bewährten Serie SD2S höher die Drehzahlen, desto effizienter arbeiten diese Systeme“, so Rolf Gerhardt. Kein Wunder also, dass die Entwicklung des Hochgeschwindigkeits-Umrichters im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert wurde. Mehr Leistung, weniger Motor erwärmung Die technischen Rahmenbedingungen sind komplex: Hoch geschwin digkeits(HG)-Motoren generieren ihre Leistung über die Drehzahl und nicht über das Drehmoment. Überschlägig gilt: Das Rotorvolumen verändert sich analog zum Kehrwert der Drehzahlerhöhung, das heißt bei zehn-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 mittels eines vier-poligen Motordesigns realisierbar ist. Im Fall eines zwei-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 mittels Pulsweiten-Modulation (PWM) erzeugen. In Abhängigkeit von der verwendeten Schaltfrequenz und der Induktivität des Motors ergibt sich dabei jedoch eine schaltfrequente Welligkeit (Stromrippel) des Motorstroms. Hierbei ist zu beachten, dass sich die wirksame Motorinduktivität bei HG-Motoren ähnlich verhält wie das Rotorvolumen, das heißt sie sinkt mit zunehmender Drehzahl. Entsprechend nimmt die Glättung des Stromrippels pro­ Tel.: (0) 47 43 / 27 69 0 · www.astro-motoren.de ASTRO Motoren GmbH & Co. KG Debstedt · Große Beek 7 · 27607 Geestland · astro@astro-motoren.de Zu Land, im Wasser, unter Wasser, in der Luft und im Weltall Elektrokleinmotoren bis 200 Watt nach Kundenwunsch Astro.indd 1 05.04.2016 15:07:52 antriebstechnik 4/2016 71

Aktuelle Ausgabe

Aktuelle Ausgabe