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DER KONSTRUKTEUR 11/2015

DER KONSTRUKTEUR 11/2015

ANTRIEBSTECHNIK 01

ANTRIEBSTECHNIK 01 Zwischenkreise bestehen typisch aus einer Kombination von Kondensatoren und Spulen. Dabei lassen sich Zwischenkreise mit konstanter (oben) und variabler (unten) Spannung unterscheiden Neben den Netzrückwirkungen durch die Stromaufnahme belasten Umrichter mit schlankem Zwischenkreis das Netz auch mit der Taktfrequenz des motorseitigen Wechselrichters. Aufgrund der fehlenden bzw. geringen Kapazitäten im Zwischenkreis ist diese auf der Netzseite deutlich sichtbar. Diese Frequenz hat den Vorteil, dass sie in der Regel fest ist und so im Bedarfsfall einfach mit Filtern zu bedämpfen ist. Auf den Einsatz von Funktionen, die die Taktfrequenz variabel ändern, z. B. für ein Akustikmanagement des Motors oder automatischer Derating Funktionen, sollte der Anwender unter diesem Aspekt aber verzichten. Dabei verbindet der Anwender die Gleichstromzwischenkreise der einzelnen Geräte. Erzeugte generatorische Energie steht so allen gekoppelten Geräten direkt zur Verfügung. Bremst eines, speist es die Energie zurück, die dann ein anderer Motor wieder zum Beschleunigen nutzen kann. In idealen Anwendungen, beispielsweise Rundtakttische, wo immer ein Motor bremst, während ein anderer beschleunigt, sind so Energiekosten deutlich zu senken. Denn, einmal angefahren, verschiebt sich die Energie permanent zwischen den einzelnen Antrieben im Zwischenkreis, und der Anwender muss nur die Energie zuführen, die für den Ausgleich der Verluste im System notwendig sind. So schön die Theorie im ersten Augenblick klingt, sind allerdings in der Praxis einige Randbedingungen zu beachteten. So sollte der Maschinen-/Anlagenbauer oder der Betreiber sicherstellen, dass ein Kurzschluss in einem Gerät nicht die anderen Geräte beschädigt. Abhilfe schaffen Halbleitersicherungen, die meist mit erheblichen Kosten zu Buche schlagen und ggfs. Drosseln zur Vermeidung zu hoher Stromanstiegsgeschwindigkeiten. Selbstverständlich muss der Anwender auch beachten, was passiert, wenn alle gekoppelten Geräte gleichzeitig generatorische Energie abgeben. Denn dies führt zu einem starken Anstieg der Zwischenkreisspannung, die zu einem Abschalten des gesamten Systems oder – ohne geeignete Schutzmaßnahmen – zur Zerstörung führen kann. Der Betreiber muss sicherstellen, dass diese überschüssige Energie entweder über Bremswiderstände in Form von Wärme abgeführt wird, oder ein entsprechendes System sie in das Versorgungsnetz zurückspeist. Ideal ist zu diesem Zweck eine zuschaltbare Rückspeiseeinheit, die Verluste im Standby-Betrieb verringert, oder einen der gekoppelten Umrichter mit einem Active Front End auszustatten. Generell gilt: Eine Zwischenkreiskopplung bietet sich an, wenn viele Antriebe häufig starten und stoppen. Bei einer Energieeffizienz – Zwischenkreiskopplung und Auswirkungen Der Gedanke, generatorische Energie zu nutzen, die beim Betrieb einer elektrischen Maschine an einem Frequenzumrichter entsteht, ist auf den ersten Blick äußerst verlockend. In den meisten Fällen leitet der Anwender die bei diesem Vorgang erzeugte Energie in Bremswiderstände und wandelt sie dort in Wärme um. Wäre es nicht sinnvoller, diese Energie anderen Motoren in der Maschine oder Anlage zur Verfügung zu stellen? In diesem Fall bietet sich eine Kopplung von mehreren Umrichtern über ihren Zwischenkreis an. 02 Im Frequenzumrichter dient der Zwischenkreis als Energiespeicher. Im Beispiel sind die Kondensatorbank mit Elektrolytkondensator (Pfeil unten) sowie die Zwischenkreisdrosseln (Pfeil oben) zu erkennen 28 Der Konstrukteur 11/2015

ANTRIEBSTECHNIK schlecht geplanten und ausgeführten Zwischenkreiskopplung besteht allerdings die Gefahr, dass die Geräte in ungünstigen Betriebszuständen zerstört werden. Wichtiger Faktor für optimalen Anlagenbetrieb Danfoss setzt weiter auf vollwertige Zwischenkreise. Denn Motoren höherer Effizienzklassen machen nur Sinn, wenn Frequenzumrichter ebenfalls so effizient wie möglich konstruiert sind. Mit Geräten mit vollwertigem Zwischenkreis können Anwender Antriebe ohne Überdimensionierung projektieren, was zu niedrigen Motor- und Schaltgerätekosten und Installationskosten führt und gleichzeitig einen sehr hohen System-Wirkungsgrad – und damit niedrigere Energiekosten – gewährleistet. Sonst läuft er in Gefahr, dass er günstigere Gerätepreise mit höheren Betriebskosten langfristig teurer bezahlen muss. www.danfoss.de/vlt 03 Typische Anwendung für eine Zwischenkreiskopplung ist das Servosystem eines Etikettieres ES IST SCHON FASZINIEREND, WAS PRÄZISIONS-SENSORIK ERMÖGLICHT. 24.-26.11.2015 Halle 7A Stand 303 Durch überragende Präzision entsteht außergewöhnliche Technik. www.balluff.com

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