Motoren

Mehr Effizienz

Das Einsparen von Energie gewinnt zunehmend an Bedeutung für Endverbraucher und Hersteller von Maschinen & Anlagen. Angetrieben wird dieser Wandel gleichermaßen aus Gründen des Umweltschutzes und aufgrund stets wachsender Strompreise. Nichtsdestotrotz könnte das Ausbleiben von Investitionen in effizientere Produkte und Maschinen als Mittel für kurzfristige 'Einsparungen' fehl am Platz sein.

 

Zunehmender Energieverbrauch

Die zunehmende Industrialisierung weltweit führt zu stets wachsender Automatisierung und dem vermehrten Einsatz von Elektromotoren. Angesichts der Tatsache, dass in Großbritannien heute bereits mehr als 20 % des gesamten Stromverbrauchs auf den Einsatz von Elektromotoren entfallen, sowie der Schlussfolgerung einer aktuellen IMS 2013 Studie, dass der weltweite Markt für Niederspannungsmotoren bis 2017 jedes Jahr um bis zu 9-10 % zunehmen wird, ist die Übernahme Energie-effizienter Motorsteuerungen heute wichtiger denn je für den künftigen Erfolg vieler Fertigungsunternehmen.

 

Wie wird meine Maschine 'Energie-effizient'?

 

Der Motor

Da der größte Anteil des Stromverbrauchs auf Niederspannungsmotoren (Wechselspannung) mittlerer Größe im Leistungsbereich von 0,75 bis 375 kW entfällt, ist die Betrachtung dieses Segments besonders wichtig.

Höchster Wirkungsgrad	IE3
Hoher Wirkungsgrad	IE2
Standardmäßiger Wirkungsgrad	IE1

Die Norm IEC 60034-30:2009 legt Effizienzklassen dreiphasiger Asynchron-Niederspannungsmotoren in diesem Leistungsbereich fest:

 

Im Jahre 2010 wurde die Effizienzklasse IE4 eingeführt, und viele Hersteller bieten bereits jetzt Motoren an, die diesen neuen Anforderungen entsprechen.

Aus diesem Grund ist darauf zu achten, dass alle neu angeschafften oder als Ersatzteil verwendeten Motoren den Klassen IE2 bzw. IE3 entsprechen. Seit 2011 dürfen in Europa nur mehr Motoren vertrieben werden, die mindestens der Klasse IE2 entsprechen, ab 2017 müssen alle Motoren mindestens als IE3 klassifiziert sein. Der Einsatz neuer IE2 Motoren anstelle der Überarbeitung alter Motoren erwies sich als Quelle erheblichen Einsparpotenzials; um diesen Prozess noch leichter zu gestalten, vertreibt RS IE2 Motoren von Siemens, ABB und TECO.

 

Start & Steuerung

Ein weiterer wichtiger Punkt zur Senkung der Energiekosten und zur Steigerung der Effizienz des Betriebs ist eine bessere Motorsteuerung. Während für das Starten von Motoren eine Vielzahl verschiedener Optionen erhältlich ist, gewinnt der Einsatz sogenannter 'Sanftstarter' und drehzahlgeregelter Antriebe (VSDs) zunehmend an Bedeutung.

Lassen Sie uns die etwas traditionelleren Methoden zum Starten dreiphasiger Motoren genauer betrachten:

 

Direktstarter

Eine sehr einfache & häufig verwendete Art zum Starten dreiphasiger Motoren; dabei werden für die direkte Anbindung der Stromversorgung an den Motor lediglich ein Hauptschütz und ein thermisches Überlastrelais verwendet.

 

• Vorteil – Kostengünstig
• Nachteil – Sehr hoher Anlaufstrom und hohes Anlaufmoment führen zu starker Beanspruchung von Motor & Antriebsstrang; eignet sich nicht für den Gebrauch von Fernsteuerungen, da der hohe Einschaltstrom großer Schütze für die direkte Steuerung durch Transistorausgänge (PLC) ungeeignet ist.

 

Stern-Dreieck-Starter

Ändert die Verkabelung der drei Motorwindungen von einem Dreieck (230 V durch jede Windung) in einen Stern (400 V durch jede Windung) um, und senkt somit den Anlaufstrom um 60 % im Vergleich zu einem Direktstarter. Stern-Dreieck-Starter bestehen aus drei Schützen, einem thermischen Überlastrelais und einem Timer.

 

• Vorteil – Geringerer Anlaufstrom und geringeres Anlaufmoment verringern mechanische Beanspruchung.
• Nachteil – Kostenintensiver als ein Direktstarter, zahlreiche mögliche Fehlerquellen, verhindert das Starten durch Motorlasten von weniger als 50 % des Nenndrehmoments.

 

Beide Methoden weisen gewisse Nachteile auf, und während Stern-Dreieck-Starter den Anlaufstrom verringern und das Anlaufmoment beschränken, können sie nicht der Anwendung entsprechend fein-justiert werden und sind zudem nicht für dauerhaften Start/Stopp-Betrieb geeignet.

 

Sanftstarter

Mit einem Sanftstarter lassen sich in vielerlei Hinsicht Einsparungen erzielen. Der Verschleiß wird verringert, indem das Anlaufmoment und die Dauer auf die Last abgestimmt und die Beanspruchung von Übertragungseinheiten & Antriebsstrang verringert werden – somit werden Wartungsaufwand und Stillstandzeiten minimiert. Beides sind Kosten, die jedes Unternehmen nur zu gern senken möchte.

Energieeinsparungen können erzielt werden, indem ein Sanftstarter in die Automatisierung der Maschine integriert wird und Elemente manueller Steuerung entfernt werden, sodass der Motor weiterlaufen kann, selbst wenn er nicht benötigt wird. Eine weit verbreitete Anwendung sieht vor, Förderbänder anzuhalten, sobald kein Produkt mehr vorhanden ist; mit Hilfe eines simplen photoelektrischen Sensors zur Erkennung des jeweiligen Produkts kann das Förderband zügig auf Touren gebracht werden, sollte sich ein Produkt nähern, und angehalten werden, wenn kein Produkt verfügbar ist.

Dadurch, dass Sanftstarter keinerlei mechanische Schütze mit beweglichen Teilen verwenden, ist deren Lebensdauer wesentlich länger; dazu kombinieren sie alle Komponenten einer traditionellen Starter-Einheit in einem einzigen, kompakten Bauteil.

RS verfügt über ein umfassendes Angebot an Lösungen mit Sanftstartern führender Hersteller, im Bereich von 1,1 bis 800 kW.

 

Drehzahlgeregelte Antriebe (VSDs)

Bei vielen Anwendungen treten verschiedene Lasten auf, und viele industrielle Prozesse – darunter Fertigungslinien – erfordern die Möglichkeit zur Änderung der Motordrehzahl. Durch die Anpassung von Drehzahl und Drehmoment an die erforderliche Last mit Hilfe eines drehzahlgeregelten Antriebs (VSDs) können erhebliche Effizienzsteigerungen erzielt werden.

Bei vielen Anwendungen, darunter kleine Kräne, Autowaschanlagen, Förderbänder, sowie Bohr- und Holzbearbeitungsmaschinen können Einsparungen durch die Anpassung von Drehzahl und Drehmoment an die aktuelle Last erzielt werden; wird der drehzahlgeregelte Antrieb in der Steuerung einer Pumpe oder eines Gebläses eingesetzt, sind Einsparungen von bis zu 50 % möglich.

So verbraucht ein Gebläse bei 80 % seiner maximalen Geschwindigkeit nur 50 % der Energie, die es beim Betrieb mit maximaler Geschwindigkeit benötigen würde. Noch immer

English	German
fan motor power	Lüftermotor-Leistung
Nominal motor flux	Nenn-Motorfluss
Traditional direct on line fan motor control	Herkömmliche Lüftermotor-Steuerung mit Direkt-Einschaltung
Fan motor control with a variable speed drive	Lüftermotor-Steuerung mit drehzahlgeregeltem Antrieb

 

 

laufen viel zu viele Pumpen und Gebläse dauerhaft mit maximaler Geschwindigkeit, während deren Auslass von ineffizienten Drosselgeräten gesteuert wird, darunter Dämpfer und Ventile.

In Kombination mit diesem Energiesparpotenzial erlauben drehzahlgeregelte Antriebe den effizienteren – in manchen Fällen sogar schnelleren – Betrieb von Maschinen, da die Drehzahl über die SPS bzw. über die logische Steuerung auf sehr schonende Weise an die Anforderungen des Prozesses angepasst werden kann – somit werden zeitintensive und mechanisch stark belastende Stopps & Starts verhindert.

 

Ein umfassendes Angebot an Wechselstrommotoren, Direkt-, Stern- und Dreieck-Motorstartern, Sanftstartern und VSDs von zahlreichen führenden Herstellern, darunter ABB, Eaton Moeller, Mitsubishi, Omron, Schneider Electric (Telemecanique), und Siemens, ist bei RS Components erhältlich.