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antriebstechnik 5/2015

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ELEKTROMOTOREN Grüne

ELEKTROMOTOREN Grüne Zukunft? Wirkungsgrade von Elektromotoren im Vergleich Bill Bertram Bei vielen Betriebsingenieuren herrscht Unklarheit darüber, wie der Wirkungsgrad ihrer Motoren zu messen ist, und einige Hersteller tragen eher noch zur Verwirrung bei. Das Problem begann vor sieben Jahren, wobei die Lösung aber ganz einfach ist. Bill Bertram ist Business Leader bei Marathon Electric in USA Im Zuge der Klimabemühungen fördern die nationalen Regierungen und die Europä ische Union in vielen Bereichen die Umsetzung energieeffizienter Optionen, so auch bei den Elektromotoren. Vor diesem Hintergrund wurden neue Gesetze erlassen, Industrie normen erstellt und technische Innovatio nen zur Steigerung der Motorwirkungsgrade entwickelt. Hierbei wird argumentiert, dass selbst kleine Fortschritte enorme Auswir kungen haben werden, weil extrem viel Energie für den Antrieb von Elektromotoren auf gewendet wird (der allgemein anerkannte Anteil liegt bei 70 % der gesamten produzierten Strommenge). In diesem Zusammenhang wurde 2007 ein neues und anspruchsvolleres Verfahren zur Messung der Motorwirkungsgrade eingeführt. Ein Hauptfehler dabei war die Wahl der Bezeichnung IEC 60034-2-1 : 2007, die sich kaum von derjenigen des Vorgängers IEC 60034-2 : 1996 unterscheidet. Im Arbeitsalltag überfliegt man Texte häufig nur und überspringt lange Ziffern. So wird vielen entgangen sein, dass es überhaupt neue Vorschriften gibt und andere mögen angenommen haben, dass es sich lediglich um eine nebensächliche Aktualisierung des Vorgängers handelt. Wenn man jedoch denselben Elektromotor nach beiden Verfahren prüft, erhält man im Allgemeinen eine Diskrepanz von 1 % bis 1,5 %, unter Umständen aber auch eine deutlich größere. Was den Wirkungsgrad von Elektromotoren angeht, so sind selbst kleine Unterschiede relevant. Immerhin laufen viele Motoren über Jahre hinweg praktisch im Dauerbetrieb. Insgesamt ergibt sich daraus ein enormer Energieverbrauch, der sich auch auf der Stromrechnung des Betreibers bemerkbar macht, umso mehr, als in den meisten Industrieanlagen sehr viele Elektromotoren laufen. Wirkungsgrad sorgt für Verwirrung Verkompliziert wird die Sache zudem durch den Umstand, dass Industriemotoren jetzt nach Wirkungsgrad eingestuft werden, wobei sich sowohl die Bezeichnungen als auch die technischen Spezifikationen für die Klassen geändert haben. Außerdem wird den weniger effizienten Klassen Schritt für Schritt die 44 antriebstechnik 5/2015

ELEKTROMOTOREN Zulassung entzogen. So stehen Betriebsingenieure etwa vor dem Problem, dass ein Motor, der z. B. einen Wirkungsgrad von 88 % hatte, jetzt bei 86,5 % liegt oder dass jetzt eine andere Wirkungsgradklasse verlangt wird. Eine sehr komplexe Angelegenheit! Der Hauptunterschied zwischen der alten Norm und der neuen besteht darin, dass man ursprünglich für alle Motoren von festen „Streuverlusten“ in Höhe von 0,5 % ausgegangen ist, wohingegen diese jetzt individuell berechnet werden. Da diese Verluste mit zunehmender Motorlast zunehmen, sind die tatsächlichen so gut wie immer deutlich höher als die alte Annahme (i .d .R. drei bis fünf Mal höher unter den Lastbedingungen, die normalerweise in industriellen Antriebssystemen herrschen). Das Problem im Detail Für die meisten Anwender von Elektromotoren werden diese Informationen bereits ausreichen. Technisch Verantwortliche hingegen werden von weiterem Hintergrundwissen profitieren und zukünftige Änderungen in ihrem Bereich besser einschätzen können. Die Europäische Union hat umfassende Gesetze zur Senkung des Energieverbrauchs und somit der Treibhausgasemissionen erlassen. Auch in anderen Teilen der Welt verfolgt die Gesetzgebung ähnliche Ziele in Übereinstimmung mit dem sogenannten Kyoto-Protokoll und anderen internationalen Übereinkommen. Bis dahin waren die Wirkungsgrade von Elektromotoren nicht an Vorschriften gebunden und eher niedrig oder unvorhersehbar. Maschinen- und Anlagenbauer hatten in der Regel keine Veranlassung, sich mit Wirkungsgraden auseinanderzusetzen und statteten ihre Systeme einfach mit den kostengünstigsten Elektromotoren aus. In vielen anderen Fällen liefen Lüfter- und Pumpenantriebe der Einfachheit halber im Dauerbetrieb, wobei nicht benötigter Förderstrom einfach über Ventile oder Lüftungsblenden abge lassen wurde. Auch in der Gebäudetechnik wurden Lüfterantriebe in den seltensten Fällen mit einer Drehzahlregelung ausgestattet. Die Lüfter liefen unablässig mit maximaler Drehzahl. Der Energieverbrauch bezogen auf den Wirkungsgrad von Induktionsmotoren in industriellen Anwendungen in der Europäischen Union ist in der Verordnung (EG) Nr. 640/2009 geregelt. Diese basiert auf der internationalen Norm der International Electrotechnical Commission IEC/ N 60034-2-1 : 2007, die ihrerseits der Aktualisierung und Weiterentwicklung unterliegt. Diese Norm hat die früheren Wirkungsgradklassen EFF1, EFF2 usw. abgelöst und 01 Die IE3-Motoren von Marathon Electric erfüllen die einschlägigen IEC-, EN-, ISO-, DIN- und NEN-Normen durch das neue IE-System (International Efficiency) ersetzt. Neben den Einstufungskriterien wurde auch die Art und Weise geändert, wie der Wirkungsgrad zu messen ist, um eben auch Streuverluste angemessen zu berücksichtigen. Bis dahin hatte man generell 0,5 % für Streuverluste unter allen Betriebsbedingungen veranschlagt. In den 1980er und 1990er Jahren, als man sich über CO 2 -Emissionen noch nicht viele Gedanken gemacht hat, mag diese Annahme akzep tabel gewesen sein. Mit Beginn des neuen Jahrtausends und koehler-partner.de MASSGESCHNEIDERT Kundenspezifische Frequenzumrichter für Hochgeschwindigkeitsanwendungen bis 250 kVA Variantenreich. Passgenau. TOP TECHNOLOGY MADE IN GERMANY www.sieb-meyer.de Sieb+Meyer.indd DU_sum_anzeigen_185x90_massgeschneidert_antriebstechnik5.indd 1 1 21.04.2015 21.04.15 14:28:53 13:19 antriebstechnik 5/2015 45

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