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antriebstechnik 8/2017

Antriebstechnik 8/2017

Perfekte

Perfekte „Zell-Kultur“ Frequenzumrichter für den Mittelspannungsbereich sorgen für erhöhte Geräteverfügbarkeit Der Systemaufbau in Form einzelner Zellen, die bedarfsabhängig in Reihe geschaltet werden, spielt für die Einsatzbreite und den wirtschaftlichen Erfolg von Umrichtern eine wichtige Rolle. Siemens hat jetzt dieses Frequenzumrichterkonzept durch ein neues Zellendesign optimiert, dass die Geräte kompakter und bedienerfreundlicher macht sowie den Wirkungsgrad erhöht. Maxime Prieur ist Marketing Promotion Manager bei der Siemens AG in Nürnberg 16 antriebstechnik 8/2017

TITEL I STEUERN UND AUTOMATISIEREN Die Rede ist vom Sinamics Perfect Harmony vom Typ GH180, der in der luftgekühlten Version Leistungen zwischen 180 kVA und 10 MVA überträgt und damit Synchron- und Asynchronmotoren sowie permanent erregte Motoren und Schleifringläufermotoren antreiben kann. Die Geräte lassen sich aufgrund ihres modularen Zell-Aufbaus mit Eingangsspannungen von 480 oder 600 V mit Frequenzen von 50 bzw. 60 Hz versorgen, wobei Ströme bis zu 400 A fließen dürfen. Diese Eckwerte machen die Geräte zur idealen Lösung für neue Applikationen, aber auch für Retrofit-Projekte. Die neue Generation dieser Gerätereihe zeichnet sich durch das Printed Circuit Board-Zellendesign aus, bei dem die Zellen leichter und schmaler sind. Dies verkleinert die Abmessungen des Gerätes erheblich. Es ist damit signifikant kompakter als alle anderen vergleichbaren Geräte im Markt. Auch lässt sich dieser neue Zellentyp leichter und schneller tauschen. Der Wirkungsgrad ist durch das neue Zellendesign zugleich um bis zu 4 % höher. Modularer Zell-Aufbau erhöht Flexibilität Seit etwa zwei Jahrzehnten bewähren sich ihre Vorgänger in unterschiedlichsten Branchen und zeigen vor allem in der Öl- und Gasindustrie, im Offshore-Bereich sowie im Schiffsbau ihr ganzes Können. Schon damals war die Zellentechnik etwas Besonderes, weil dadurch modulare Einheiten entstehen, die sich individuell an den Bedarf anpassen lassen. Bis heute schätzen Anlagenhersteller und -betreiber die Möglichkeiten, die ein solcher modularer Aufbau bietet. So lassen sich beim Sinamics Perfect Harmony vom Typ GH180 bis zu neun Zellen – drei pro Feld – als individuelle Systeme konfektionieren und so flexibel an die benötigten Ausgangsspannungen anpassen. Das erhöht die Verfügbarkeit der Mittelspannungsumrichter spürbar. Selbst Redundanz ist möglich, indem optional eine zusätzliche Zelle pro Feld integriert werden kann. Über eine Bypass-Schaltung sorgt die Umrichtersteuerung beim Ausfall einer Zelle dafür, dass diese überbrückt und ihre Aufgabe sofort von der redundanten Zelle übernommen wird. Durch den einfachen Zugang von der Schrankfront aus kann die defekte Zelle in kurzer Zeit getauscht werden, um eine zu lange Prozessunterbrechung zu vermeiden. Das steigert nicht nur ihre Verfügbarkeit, sondern wirkt sich auch positiv auf die Servicefreundlichkeit aus. Gleiches gilt für die Belüftungssysteme, die vorne platziert und dadurch einfach auszutauschen sind. Ein weiteres Plus in Sachen Verfügbarkeit bringt die Möglichkeit zur cloudbasierten Analyse der relevanten Zustandsdaten des Sinamics Perfect Harmony GH180. Auch kleinste Unregelmäßigkeiten lassen sich so frühzeitig erkennen und beheben, lange bevor sie den Betrieb ernsthaft beeinflussen. Oberschwingungen voll im Griff Die jahrzehntelange Erfahrung von Siemens in der Niederspannungstechnik erweist sich gerade im systemtechnischen Aufbau der neuen Frequenzumrichter als Vorteil: Kompakte Niederspannungszellen werden optimal miteinander kombiniert, sodass daraus die geforderte Mittelspannung qualitativ hochwertig erzeugt werden kann. Die Oberschwingungen bezüglich der Ausgangsspannung liegen im Bereich zwischen 2 und 2,5 %, während der Frequenzumrichter 21 Spannungsstufen ohne störende Oberschwingungen aufweist. Die Ausgangsspannung des Sinamics Perfect Harmony GH180 folgt also ohne nennenswerte Oberwellen der Sinuskurve in einem so engen Toleranzband, dass keine zusätzlichen Bauelemente zur Erhöhung der Stromqualität notwendig sind. Dies macht das Gerät durch den einfacheren Aufbau zuverlässiger und spart zudem Bauraum. Beispielsweise kann auf zusätzliche dv/dt- bzw. Ausgangsfilter verzichtet werden, selbst wenn die Zuleitungen zum Motor mal etwas länger ausfallen. 01 Optimierungen im Systemaufbau sorgen dafür, dass keine zusätzlichen Geräte wie Filter notwendig sind und dennoch am Ausgang eine qualitativ hochwertige Sinus-Spannung zur Verfügung steht 02 Sowohl die Prozessindustrie als auch die Energiewirtschaft bieten mit ihren Pumpen, Lüftern und Kompressoren ein weites Einsatzfeld für den Sinamics Perfect Harmony GH180 Kompakte Technik mit hohem Wirkungsgrad Durch Verwendung hochwertiger Materialien für die Leistungselektronik in Verbindung mit leistungsfähigen und energieeffizienten Halbleiterelementen, z. B. IGBT-Transistoren, konnten auch die Zellen kompakter werden. So lassen sich 20 bis 30 % weniger Einzelteile verbauen. Durch den integrierten Sinus-Konverter kann z. B. nicht nur auf zusätzliche Oberwellenfilter bzw. Kondensatoren für die Phasenkorrektur verzichtet werden. Damit erfüllt der Umrichter die harten Anforderungen wie sie die Norm IEEE 519-2014 fordert. Das Resultat: Eine servicefreundliche und flexible Gesamtlösung, die zudem noch energieeffizient arbeitet. So erreicht der Umrichter einen Wirkungsgrad in der Größenordnung von 99 %, während im Verbund mit dem Elektromotor ein Systemwirkungsgrad von bis zu 96,5 % möglich ist. Grundsätzlich können die Mittelspannungsumrichter durch die hohe Qualität am Ausgang nah an den Elektromotoren platziert werden, sodass auch hier bezüglich der Leitungsverlegung Material- und Montagekosten eingespart werden können. Schnelle Installation in Verbindung mit einer einfachen und zügigen Inbetriebnahme, die in ein bis zwei Tagen stattfinden kann, sind weitere Vorteile, die sich aus dem standardisierten, kompakten und modularen Aufbau der „Next Generation“ ergeben. In Verbindung mit dem weiten Temperaturbereich von – 40 bis + 50 °C, in dem die Geräte eingesetzt werden können, profitieren viele Applikationen. www.siemens.com antriebstechnik 8/2017 17

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