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DER KONSTRUKTEUR 3/2016

DER KONSTRUKTEUR 3/2016

ANTRIEBSTECHNIK I TITEL

ANTRIEBSTECHNIK I TITEL Um die steigenden Anforderungen der Energieeffizienzklassifizierung für Drehstromasynchronmotoren zu erfüllen, wird mehr und hochwertigeres Material im Rotor eingebaut. Dies führt auf der anderen Seite dazu, dass das Eigenträgheitsmoment der Rotoren deutlich ansteigt, was die Dynamik des gesamten Antriebsstranges beeinflusst. Synchrone Reluktanzmotoren besitzen außer dem Blechpaket keine weiteren Elemente im Rotor, so dass der Anteil des Drehmomentes, der zur Beschleunigung des Läufers benötigt wird, minimal wird. Dies macht sich bei dynamischen Beschleunigungsvorgängen durch einen geringeren Motorstrom bemerkbar. Synchrone Reluktanzmotoren weisen aufgrund des fehlenden Kurzschlußkäfigs im Rotor nur geringe Verluste im Rotor auf, was zu hohen thermischen Reserven des Motors führt. Bei einem Drehzahlstellbereich von 1:10 muss das Drehmoment nicht wie bei vergleichbaren Drehstromasynchronmotoren wegen reduzierter Kühlung verringert werden, der Motor verhält sich wie eine fremdbelüftete Maschine. Zusätzlich können die synchronen Reluktanzmotoren in diesem Stellbereich dauerhaft um 20 % überlastet werden, wenn man einen leicht reduzierten Wirkungsgrad in Kauf nimmt. einem Synchronmotor ähnlich ist, liefern Reluktanzmotoren nahezu gleich bleibende Wirkungsgrade bis hinunter zu 25 % ihres Nenndrehmoments. Das unterscheidet sie von typischen Drehstrom- Asynchronmotoren. Wer also drehzahlveränderbare Anwendungen mit einem deutlichen Anteil an Teillastbetrieb hat, profitiert von den neuen Synchronreluktanzmotoren. Typische Applikationen sind Kompressoren, Lüfter und Pumpen ebenso wie Wickelantriebe, Fördertechnik und Verpackungsmaschinen. Im Grunde genommen hat der Hersteller nichts anderes gemacht, als die Eigenschaften von Drehstrom-Asynchronmotoren und Synchronmotoren in einem neuen Motor zu vereinen. Der Frequenzumrichter Sinamics G120 unterstützt mit seiner Vektorregelung die optimale Energieausnutzung, indem er im Motor nur so viel magnetischen Fluss aufbaut, wie zum Betreiben der gekuppelten Last notwendig ist. Bei Belastungsänderungen wird der Motorfluss dynamisch 02 Die Gehäuseabmessungen der Reluktanzmotoren gleichen denen der Drehstrom-Asynchronmotoren nachgeregelt, so dass der Motor nicht wegkippen kann. Im Gegensatz zu Drehstrom-Asynchronmotoren ist zu jedem Zeitpunkt gleichzeitig die maximal erreichbare Dynamik bei Betrieb optimalem Fluss für höchste Energieeffizienz möglich. Hohe Dynamik und thermische Reserven Eigenschaften des Frequenzumrichters Synchronmotoren haben beim Einschalten die Eigenschaft, sich auf die Phasenfolge des speisenden Frequenzumrichters auszurichten. Je nach Lage des Rotors kommt es dann bei einfachen Systemen zu einem Ausrichten der angeschlossenen Maschine vorwärts oder rückwärts. Der Sinamics G120 hingegen macht beim Einschalten eine kurze Identifikation der Pollage des Motors, der Antrieb startet dadurch absolut ruckfrei. Beim Zuschalten auf drehende Motoren, z. B. Lüfterantriebe, die nach einem Netzausfall noch recht lange nachlaufen können, kann die sogenannte Fangschaltung aktiviert werden. Der Sinamics G120 synchronisiert sich auf die aktuelle Drehzahl, gibt den Wechselrichter frei, und fährt den Antrieb wieder auf die Solldrehzahl hoch. Dies funktioniert genauso zuverlässig, wenn der Antrieb z. B. durch eine Luft strömung entgegen der vorgesehenen Drehrichtung dreht. Die neuen Motoren haben die gleichen Gehäuseabmessungen wie die Standard- Drehstrom-Asynchronmotoren Simotics GP (Aluminiumgehäuse) und Simotics SD (Graugussgehäuse) auf Basis der 1LE1 Familie aus dem Motorenprogramm von Siemens. Das erleichtert die Konstruktion und die Einbindung des Motors in die Maschine und spart Engineering-Aufwand. Auch die von den Drehstromasynchronmotoren gewohnten Leistungsan gaben für den Frequenzumrichter können übernommen werden. Zur Schnellin betriebnahme muss im Frequenzum richter nur der Motoren- 32 Der Konstrukteur 3/2016

TITEL I ANTRIEBSTECHNIK Code vom Typenschild eingegeben werden und die Parametrierung ist perfekt. Lediglich applikationsspezifische Rahmenbedingungen etc. werden manuell in der Software Starter bzw. Startdrive ergänzt. Welche Antriebsgröße für eine bestimmte Anwendung passt, lässt sich mithilfe der Projektierungssoftware Sizer ermitteln. Antriebssystem gemäß Ökodesignrichtlinie EN 50598 Elektrische Antriebe zeichnen für weltweit 2/3 des industriellen Stromverbrauches verantwortlich. Dadurch stehen sie im besonderen Fokus bei Bemühungen, den Energieverbrauch zu senken und auf diese Weise die globalen Klimaziele zu erreichen. Wie erwähnt, arbeiten die Reluktanzmotoren energetisch effizienter als IE4. Ebenso entscheidend für spürbare Die Reluktanzmotoren haben extrem hohe Wirkungsgrade, die teilweise über der Effizienzklasse IE4 liegen Energieeinsparungen ist die Optimierung kompletter Antriebssysteme, wie sie die neue, europäische Ökodesignrichtlinie EN 50598 fordert. Dieser Anspruch wird erfüllt: Der Systemwirkungsgrad eines integrierten Synchronreluktanz-Antriebssystems von Siemens liegt deutlich über den Mindestanforderungen der höchsten, definierten Systemwirkungsgrad klasse IES2. Kurz gesagt: Durch die Baugrößenerweiterung von 30 kW bis hinunter zu 0,55 kW ergibt sich im industriellen Umfeld ein beachtliches Potenzial, Applikationen wirtschaftlich und energetisch zu optimieren. Gerade dann, wenn drehzahlveränderbare Drehbewegungen im Teillastbetrieb einen Produktionsprozess bestimmen, erweisen sich die neuen Reluktanzmotoren in Verbindung mit den Umrichtern Sinamics G120 somit als effizientere und kostengünstigere Alternative zu IE4-Drehstrom-Asynchronmotoren im drehzahlveränderbaren Betrieb. Gleiches gilt für dynamische Prozesse, bei denen Reluktanzmotoren im geber losen Betrieb eine hohe Regeldynamik erreichen. Alles in allem bringt das er weiterte Antriebssystem einen Mehrwert für unterschiedliche Applikationen. www.siemens.com Inserentenverzeichnis Heft 3/2016 Atos, I-Sesto Calende9 Böllhoff, Bielefeld2. US Clarion Events, Bielefeld 11 Danfoss GmbH, Offenbach 15 Deutsche Messe, Hannover7 Ganter, Furtwangen 27 Getriebebau NORD, Bargteheide3 Gutekunst, Metzingen 63 Halder, Achstetten 59 Haseke, Porta Westfalica 45 Igus, Köln 28 Jacob Söhne, Porta Westfalica 49 Kipp Werk, Sulz-Holzhausen 46 Knapp, Waiblingen 17 Koch, Ubstadt-Weiher 33 Koyo, Hamburg 25 KTR, Rheine 13 Leantechnik, Oberhausen 19 Mayr, Mauerstetten 37 Murtfeldt, Dortmund 23 Novotechnik, Ostfildern 61 Parker Hannifin, Bietigheim-Bissingen 43 Pilz, Ostfildern5 Pöppelmann, Lohne 29 R+W, Klingenberg 21 Reich, Bochum 20 Rotor Clip, USA-Somerset 38 Schall, Frickenhausen 41 Schlösser, Mengen 57 Schmidt-Kupplung, Wolfenbüttel 31 SLF Spindel- und Lagerungstechnik, Fraureuth 36 Technische Antriebselemente, Hamburg 39 Trumpf, Ditzingen4. US Tsubaki Kabelschlepp, Wenden 47 Turck, Mülheim 55 Turkish Machinery Promotion Group (TMPG), TR-Ankara 62 VMA, Mainaschaff 25 WITTENSTEIN alpha, Igersheim 53 Wolfensberger AG, CH-Bauma 17 Zimmer, Ettlingen 35 Beilagen: Weiss, Illertissen Weka Media, Kissing

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