Energieeffizient bei weniger Masse und Verlust
Auf der HANNOVER MESSE 2014 vorgestellt: PM-Motoren von VEM spielen ihre Vorzüge auch mit einer neuen Generation von Frequenzumrichtern aus.
Gesetzlich vorgeschriebene höhere Energieeffizienzklassen müssen nicht zwangsläufig zu größeren Motoren führen. VEM beschreitet in Sachen Energieeffizienz auch andere Wege.
Das Problem:
Der Einsatz von drehzahlgeregelten Antrieben wird in den nächsten Jahren weiter zunehmen. Sind sie doch ein probates Mittel, um technische Prozesse besser und ökonomischer zu steuern. Nach Einschätzung der CEMEP werden bis 2020 rund 50 % aller Elektromotoren am Frequenzumrichter betrieben.
Unter diesem Gesichtspunkt wird die Auswahl des Motors immer wichtiger. Seit 2000 wurden vorzugsweise EFF2-Asynchronmotoren verwendet. Am Netz betriebene IE1-Motoren dürfen seit dem 16. Juni 2011 in Europa nach EU-Verordnung 640/2009/EG nicht mehr in Verkehr gebracht werden. Ab 2015 müssen am Netz betriebene Asynchronmotoren >7,5 kW und ab 2017 auch die mit kleinerer Leistung der Energieeffizienzklasse IE3 angehören.
Deshalb wurden bereits 2012 und 2013 oft IE2-Asynchronmotoren mit erhöhten Wirkungsgraden auch für Kompaktantriebe bestellt. Die besonders elegante Art, den Umrichter direkt auf den Motor zu montieren, gibt dem Anwender die Möglichkeit, eine einfache und sichere Lösung eines drehzahlgeregelten Antriebes einzusetzen. Das bietet entscheidende Vorteile bei der Beschaffung, Installation, Inbetriebnahme und nicht zuletzt beim Service.
Die erhöhten Wirkungsgrade erfordern vom Hersteller große Anstrengungen, um die Motoren entsprechend den Achshöhen und Hüllmaßen der IEC zu fertigen. Dies wird durch den Einsatz besserer Blechqualitäten und einer Vergrößerung der Motorvolumina bis zur maximal möglichen Grenze erreicht.
Die Lösung:
Um dem entgegenzuwirken, werden von VEM bereits seit einigen Jahren permanentmagneterregte Synchronmotoren (PM-Motoren) hergestellt. Diese können der Energieeffizienzklasse IE4 zugeordnet werden. Ihre Vorzüge der wesentlich geringeren Masse und der geringeren Verlustleistung ermöglichen ressourcenschonende und energieeffiziente Antriebslösungen. Aufgrund des gegenüber den IE3-Asynchronmotoren geringeren Massenträgheitsmoments der Rotoren lassen sich mit PM-Motoren hohe Dynamik und sehr guter Wirkungsgrad im Voll- wie auch im Teillastbereich vereinen.
Noch deutlicher wird der Unterschied zur Asynchronmaschine, wenn man beispielsweise den IE4-K11R112M2-Asynchronmotor mit der PM-Maschine derselben Leistung vergleicht. Der IE4-Asynchronmotor hat mit 59 kg fast das doppelte Gewicht wie der PM-Motor mit 30 kg. Der äquivalente IE3-Motor kann mit einer Masse von 46 kg realisiert werden.
Die Umrichterhersteller haben sich auch auf diesen Trend eingestellt. So bietet Danfoss mit seiner neuen Generation FCP106 einen Frequenzumrichter an, der sowohl Asynchron- als auch PM-Motoren ansteuern kann. Die neue Reihe Kompaktantriebe MPE2R…DAN, die auf diesem Umrichtertyp basiert, steht 2014 bis zu einer Leistung von 7,5 kW und ab 2015 bis 22 kW zur Verfügung.