SPECIAL: SPS 2023 DREI-LEVEL-FREQUENZUMRICHTER EFFIZIENTER ANTRIEB FÜR EINEN NEUEN TURBOKOMPRESSOR In den neuen Turbokompressoren von Boge kann die Drei-Level-Technologie des Frequenzumrichters SD2M von Sieb & Meyer ihre Vorteile voll ausspielen – sie gewährleistet geringe Rotorverluste und vermeidet somit eine zu hohe Motorerwärmung, die bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen extrem problematisch ist. Dank einiger individueller Anpassungen stellte ein Frequenzumrichter von Sieb & Meyer die Lösung für diese anspruchsvolle Anwendung dar. DIE IDEE Boge ist einer der weltweit führenden Anbieter von Kompressoren und Druckluftanlagen. Sei es in der Lebensmittel-, der Kunststoffbranche oder auch in der Stahl- oder Pharmaindustrie: Zahlreiche Unternehmen schätzen die hohe Zuverlässigkeit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit der vielfältigen Druckluftlösungen. Das Angebot reicht von einzelnen Kompressoren oder Druckluft- Komponenten bis zu kompletten System- und Servicelösungen. In letzterem Fall übernimmt Boge nicht nur die gesamte Installation, sondern auch die Kontrolle und Wartung der Anlage. Das Sortiment der Turbokompressoren von Boge wird demnächst um ein Gerät mit 230 kW ergänzt. „Unsere Turbokompressoren sparen Ressourcen und Energie, kommen ohne einen Tropfen Öl aus und senken, den hohen Drehzahlen zum Trotz, das Geräuschniveau auf ein Minimum“, schildert Peter Boldt, Leiter Turboentwicklung bei Boge. „Die verschleißarme Turbotechnologie setzt völlig neue Maßstäbe bei Effizienz und Kosteneinsparung.“ In den neuen dreistufigen Turbokompressoren setzt Boge Multi level-Umrichter von Sieb & Meyer ein – konkret die Baureihe SD2M mit 150 kW und 75 kW. Die Frequenzumrichter treiben in den Kompressoren ein oder zwei permanenterregte Gleichstrommotoren an. Umrichter Nummer eins ist für die Verdichterstufe 1 und 2 zuständig, Umrichter Nummer zwei für die Verdichterstufe 3. „Die Motoren arbeiten jeweils mit unterschiedlichen Drehzahlen von ca. 35.000 bzw. 55.000 Umdrehungen“, so Peter Boldt. „Durch die Schnittstelle zur Kompressorsteuerung werden die Drehzahlen der beiden Motoren zueinander passend synchronisiert.“ „Die Lösungen von Sieb & Meyer sind stark auf Effizienz zugeschnitten. Die umrichterbedingten Motorverluste sind im Vergleich zu Wettbewerbsprodukten signifikant reduziert. Neben der geringeren Motorerwärmung führt dies zu einem höheren Systemwirkungsgrad und somit auch einem reduzierten Energieverbrauch. Allein durch den Einsatz der Drei-Level- Technologie lassen sich die im Rotor entstehenden Verluste um ca. 75 % reduzieren. Nutzt man zusätzlich eine Verdopplung der Schaltfrequenz, lassen sich die im Rotor entstehenden Verluste um bis zu 90 % senken.“ Torsten Blankenburg ist Vorstandsmitglied bei der Sieb & Meyer AG in Lüneburg Rolf Gerhardt, Leiter Vertrieb Antriebselektronik bei Sieb & Meyer, Lüneburg 34 antriebstechnik 2023/11 www.antriebstechnik.de
SPECIAL: SPS 2023 EFFIZIENT UND KOSTENSPAREND Aber auch sonst ist die hier eingesetzte Antriebstechnik äußerst effizient. Dank der Frequenzumrichter von Sieb & Meyer lassen sich die Turbokompressoren besonders kompakt aufbauen. Im Gegensatz zu Wettbewerbsprodukten entfallen bei Sieb & Meyer etwaige Motor-LC-Filter oder Motordrosseln, die groß und schwer, sehr teuer und verdrahtungsaufwändig sind. Der Footprint kann für das Gesamtaggregat somit verringert werden. Zudem hat Sieb & Meyer auf Wunsch von Boge eine Wasserkühlung in die Geräte integriert. Besonders wichtig: Dank der fortschrittlichen Umrichtertechnik ließ sich der Gesamtwirkungsgrad der Turbokompressoren verbessern, was konkret in niedrigeren Energiekosten resultiert. „Wir sprechen hier von einer Einsparung von ca. 3-5 Prozent“, bestätigt Peter Boldt. „Das klingt erst einmal nach nicht viel – aber wenn man berücksichtigt, dass der Turbokompressor bei Volllast etwa 230 kW elektrische Leistung pro Stunde aufnimmt, sparen unsere Anwender über die Zeit sehr viel Geld.“ Der größte Vorteil für Boge ist jedoch, dass es sich bei den Produkten von Sieb & Meyer um Frequenzumrichter handelt, die speziell für hohe Drehzahlen entwickelt wurden. „Geräte von Wettbewerbern können einen deutlich schlechteren Wirkungsgrad aufweisen und es ist mehr Peripherie-Aufwand, wie Motor- LC-Filter, nötig“, betont Peter Boldt. „Bei Sieb & Meyer haben wir sehr gute Erfahrungen mit der Effizienz der Umrichter gemacht. Gerade auch bezüglich der Vermeidung von Rotorverlusten, die bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen sehr entscheidend sind.“ „Genau darauf sind unsere Lösungen zugeschnitten“, bestätigt Rolf Gerhardt, Leiter Vertrieb Antriebselektronik bei Sieb & Meyer. „Bei ihrem Einsatz werden die umrichterbedingten Motorverluste im Vergleich zu Wettbewerbsprodukten signifikant reduziert. Neben der geringeren Motorerwärmung wird ein höherer Systemwirkungsgrad erreicht und somit der Energieverbrauch reduziert.“ Der Hintergrund: Ca. 90 % aller durch den Umrichter verursachten Verluste treten im Rotor auf und können für den Motor schädliche Erwärmung erzeugen. Die Regelungsverfahren der SD2x-Frequenzumrichter von Sieb & Meyer führen zu einem wesentlich geringeren Anteil an harmonischen Frequenzen im Motorstrom. Gegenüber herkömmlicher Umrichtertechnologien mit zwei Leveln, geht die Drei-Level-Technologie, auf der der Frequenzumrichter SD2M basiert, noch einen Schritt weiter: Bei dieser Technologie werden die Leistungshalbleiter der Endstufen nur mit der Hälfte der Spannung beaufschlagt, wie sie bei der Zwei- Level-Technologie vorkommen. Somit ist es möglich, mit Leis- Die Drei-Level-Technologie, auf der der Frequenzumrichter SD2M basiert, kann Energieverluste stark reduzieren tungshalbleitern zu arbeiten, die für wesentlich geringere Spannungen ausgelegt sind und damit noch schneller schalten. Das Resultat: In der Endstufe entstehen weniger Schaltverluste und die Schaltfrequenz lässt sich deutlich erhöhen. Gleichzeitig wird der Motor im Vergleich zur Zwei-Level-Technologie nur mit 50 % der Spannungssprünge belastet. Allein durch den Einsatz der Drei-Level-Technologie lassen sich die im Rotor entstehenden Verluste um ca. 75 % reduzieren. Nutzt man zusätzlich eine Verdopplung der Schaltfrequenz, lassen sich die im Rotor entstehenden Verluste um bis zu 90 % senken. LC-Filter können dann häufig komplett entfallen – wie auch in dieser Anwendung. NEUE TECHNOLOGIE AM HORIZONT So weit, so gut – aber es geht noch besser: Perspektivisch wird Boge weitere Turbokompressoren in das Sortiment aufnehmen, für die Geräte der neuen SD4x-Produktfamilie von Sieb & Meyer in Frage kommen. Letztere erlauben es, hochdrehende Motoren mit noch weniger Verlustleistung anzutreiben. Sie unterstützen nun auch PWM-Schaltfrequenzen von 24 und 32 kHz. Für eine noch feinere Modulierung des sinusförmigen Signals ist eine Kommutierungswinkel-Steuerung nun auch für 32, 48 und 64 kHz integriert. Dadurch ergibt sich ein nahezu optimaler Sinus, es treten so gut wie keine harmonischen Ströme mehr auf. Die durch die PWM verursachte Verlust leistung kann noch weiter minimiert werden. Bilder: Boge, Sieb & Meyer www.sieb-meyer.de We direct drive your motion technology Geringes C Geringes Cogging. Hochdynamisch. Verschleißfrei. Eisenbehaftete Motoren Torque Motoren Der Technologieführer im Bereich Linear- und Torquemotoren mit über 25 Jahren Erfahrung. Besuchen Sie uns auf der SPS in Nürnberg! 14.-16.11. 2023, Halle 4, Stand 241 Eisenlose Motoren Eisenlose Vakuum Motoren Elsenheimerstraße 59 | 80687 München | Tel. 089 381537 400 | info@tecnotion.de | www.tecnotion.de www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2023/11 35
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