Verbesserter Motorcontroller mit automatischer Lasterkennung optimiert Drehstrom-Asynchronmotor-Antrieb

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Der mögliche Einsatz von Frequenzumrichtern wird jedoch durch technische Eigenschaften limitiert. So ist ein Einsatz nur bei solchen Anwendungen zielführend, die überhaupt eine Absenkung der Motordrehzahl erlauben. In warmen Betriebsumgebungen ist zu berücksichtigen, dass eine Reduzierung der Motordrehzahl die Eigenlüftung des Motors verschlechtert, da sein Ventilator ebenfalls langsamer dreht. Wo diese Einschränkungen nicht zutreffen, kann durch den Einsatz von Frequenzumrichtern die Motordrehzahl und damit die Energieaufnahme an das für den jeweiligen Betriebszustand optimale Niveau angepasst werden.

Optimierung ohne Drehzahländerung

Der von MK-Regler entwickelte neue Gerätetyp ermöglicht nun die Optimierung der Energie-Effizienz von Anwendungen die keine Veränderung der Motordrehzahl erlauben. Die Technik des so genannten Motorcontrollers basiert auf dem von Sanftstartern bekannten Verfahren der Spannungsabsenkung durch Phasenanschnitt mittels Thyristorschaltung. Die innovative Neuerung des Reglers liegt in seiner patentierten adaptiven Regelung.

Klassische Sanftstarter können die Spannung lediglich graduell über eine Zeitachse erhöhen. Seine adaptive Regelung ermöglicht dem Motorkontroller hingegen, die Motorspannung im laufenden Betrieb permanent an die aktuell anliegende Motor-Last anzupassen. Den Motorklemmen wird immer nur gerade so viel Spannung zuführt, wie für die aktuelle mechanische Last erforderlich ist. Das vermeidet des mit sinkender Last steigenden Blindstromanteils am Magnetisierungsstrom. Der Wirkungsfaktor im Teillastbereich wird verbessert und ein Teil der Erregungsenergie eingespart sowie die Verlustleistung in Form von Wärme und Vibrationen verkleinert.

Da als einzige Regelgröße die Motorspannung dient, verändert der neue Regler die Motordrehzahl nicht. Die Regelung erfolgt anhand von Echtzeitdaten, wodurch kein Parametrierungs-Aufwand für Kennlinien entsteht. Die automatische Lasterkennung gewährleistet die notwendige Reaktionsgeschwindigkeit bei Lastsprüngen. Der Regler wird in die Motorzuleitung eingeschleift, wodurch keine Notwendigkeit zu Veränderungen an Anlagen und Maschinen besteht.

Wirtschaftliche Betrachtungen und Vorzüge

Die Einsparmöglichkeiten hängen von den konkreten Betriebsparametern des zu optimierenden Motors ab. Das energetische Einsparpotenzial ist umso größer, je länger die Teillast- bzw. Leerlaufphase ist, je geringer die Motorlast im Verhältnis zur elektrischen Motornennleistung ist, je niedriger die Effizienzklasse des Motors ist.

Im konkreten Fall einer Blechpresse, die 90% ihrer Zeit im Leerlauf war und deren Antrieb nur einen cos phi von 0,79 aufweist, konnten 36% der Wirkleistung eingespart werden. Dem gegenüber steht eine Spritzgussmaschine, deren Antrieb einen wesentlich höheren cos phi von 0,87 aufweist und die permanent eine mittlere Last verursacht. Hier ließen sich nur noch 5% einsparen. Je dichter die Motorlast an der Motornennleistung und je höher die Effizienzklasse des Antriebs, desto geringer das Einsparpotenzial. Oder umgekehrt: mit sinkender Motorlast und Effizienzklasse steigen Energieverschwendung und Einsparpotenzial.

Wirtschaftlichkeit und Amortisationszeit der Investition sind im Wesentlichen durch die Anzahl der Betriebsstunden bestimmt. Wenn energetisch etwas zu sparen ist, rechnet es sich in der Regel ab 2000 Betriebsstunden/Jahr. Abhängig vom energetischen Einsparpotenzial ergibt sich dann meist eine Amortisationszeit von zwei bis vier Jahren. Und diese Rechnung bezieht sich nur auf den Arbeitspreis für die verbrauchte Energie.

In der Tat sind die erreichbaren Reduzierungen bei Wartungs- und Instandhaltungskosten schwer vorab zu quantifizieren. Dennoch gibt es Kunden, für die die Reduzierung von Wärmeentwicklung oder Vibrationen ein wesentliches Kaufkriterium ist. Wenn, aufgrund der Betriebsbedingungen, Wärmeentwicklung oder Vibrationen häufig zu Ausfällen von Antrieben führen, ist die Reduzierung der Maschinenstillstands-Zeiten oft das schlagende Argument.

* * Nikolaj Genge ist Leiter Marketing bei MK-Regler, Berlin

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