Höhere Energieeffizienz

Die Notwendigkeit den gesamten Energieverbrauch zu verringern und eine höhere Energieeffizienz bei

Designs, Herstellung, Montage und Vertrieb zu erzielen ist größer denn je. Die Ressourcen der Welt werden immer geringer, Energiekosten steigen rapide und es gibt eindeutig ernsthafte und weit bekannte Besorgnisse über die zukünftige globale Umwelt. Die Europäische Union, beispielsweise, zielt auf eine 20-prozentige Reduzierung des jährlichen Primärenergieverbrauchs bis zum Jahre 2020. Die Europäische Kommission hat mehrere Maßnahmen zur Steigerung der Effizienz auf allen Stufen der Energieversorgungskette vorgeschlagen, einschließlich Gewinnung, Transformierung, Verteilung und Endverbrauch, inklusive der Einführung intelligenter Stromzähler, die den Verbraucher dazu bringen sollen, seinen Energieverbrauch besser zu managen.

Zunehmende Industrialisierung in der ganzen Welt bedeutet den Ausbau der Automatisierung und ganz besonders den Einsatz von Elektromotoren. In der Tat, gemäß eines Berichts

der IEA (International Energy Authority) [Internationale Energiebehörde] aus dem Jahre 2011 waren Elektromotoren und die Systeme, die sie antreiben, die größten Endverbraucher elektrischer Energie – verantwortlich für etwa 45 % des gesamten Verbrauchs elektrischer Energie weltweit. Und natürlich ist es in der Industrie, wo Elektromotoren dominieren und den größten Anteil - etwa zwei Drittel - des Gesamtverbrauchs elektrischer Energie für Pumpen, Lüfter, Luft- und Flüssigkeitskompression, Beförderung und viele andere Formen der mechanischen Behandlung und Verarbeitung ausmachen. Versäumt man es also, in effizientere Motoren, Produkte und Maschinen zu investieren, um kurzfristig Kostenersparnisse zu erzielen, so könnte sich dies als falsches Wirtschaften herausstellen.

Der größte Anteil des Elektroverbrauchs von Motoren rührt von mittelgroßen Niederspannungswechselstrommotoren mit einer Ausgangsleistung im Leistungsbereich von 0,75 bis 375 kW. Die IEC 60034-30:2009 Norm spezifiziert Wirkungsgradklassen für asynchrone Drei-Phasen-Niedervolt-Motoren in diesem Leistungsbereich: IE1 ist Standard; IE2 ist hoch; und IE3 ist Premium. Im Jahr 2010 wurde Der Norm die IE4 Klassifizierung hinzugefügt und Hersteller beginnen bereits damit, Motoren auf den Markt zu bringen, die diesem verbesserten Leistungsgrad entsprechen.

Seit 2011 dürfen nur Motoren mit einer Mindestleistung der Klasse IE2 im Wirtschaftsraum der EU verkauft werden  verfügen und nur ein Minimum von IE3 oder gleichwertig werden ab 2017 zulässig. Genauer: Ab 2015 ist IE3 der gesetzlich festgelegte Mindestwirkungsgrad für Leistungsklassen von 7,5 kW bis zu 375 kW erforderlich oder ein IE2-Motor plus Regelantrieb (VSD); und ab 2017 ist IE3 der gesetzlich verbindliche Mindestwirkungsgrad für Leistungsklassen

von 7,5 kW bis zu 375 kW, oder ein IE2-Motor plus Regelantrieb (VSD). Es macht daher mittel- und langfristig Sinn, sicherzustellen, dass alle neuen oder Austauschmotoren entweder in der IE2-oder IE3-Leistungsklasse sind. Sich zu entscheiden, diese neuen Motoren dann zu installieren, anstatt alte neu wickeln zu lassen, kann zu echten Einsparungen führen.

Ein Schlüsselfaktor zum Ziel, Energiekosten zu verringern und Betriebseffizienz zu verbessern, ist eine bessere Motorsteuerung. Wenngleich es bereits mehrere Lösungen für den Motorstart gibt, beinhaltet ein Teil der Lösung zunehmend „weiche Starter“ und Regelantriebe (VDS), welche die Kosten dramatisch verringern können. Es gibt Schätzungen, wonach etwa 90 % der Motoren im industriellen Einsatz, abgesehen von einem einfachen elektromechanischen Schalter, über keine weitere Steuerung fügen.

Betrachten man die traditionelleren Inbetriebsetzungsmethoden für Drei-Phasen-Motoren, so ist Direkt online (D.O.L) eine sehr einfache und übliche Vorgehensweise, einen Drei-Phasen-Motor anzufahren, wofür lediglich ein Hauptschalter und ein Wärmeüberlastschutz verwendet werden, um den Motor an die Stromversorgung anzuschließen. Diese Vorgehensweise ist natürlich recht kostengünstig. Die Nachteile dabei sind ein sehr hoher Anlaufstrom und Anlaufdrehmoment, was zu Belastungen des Motors und des Antriebsstrangs führt. Zudem gibt es dabei keinen Spielraum für eine Fernsteuerung, da der hohe Anlaufstrom von großen Hauptschaltern ungeeignet für die direkte Steuerung über Transistorausgänge von SPS Steuerungen ist.

Eine zweite Methode, Star-Delta (SD), verändert die Wicklung der drei Motorenwindungen von delta (230 V auf jeder einzelnen Windung) auf Star (400 V auf jeder Windung) wodurch der Anlaufstrom um 60 % gegenüber einem D.O.L.-Starter verringert wird. Star-Delta Starter bestehen aus

drei Hauptschaltern, einem Wärmeüberlastschutz und einem Timer. Die Vorteile sind verringerter Anlaufstrom und geringeres Drehmoment, wodurch mechanische Belastungen verringert werden. Die Nachteile sind, dass er teurer als ein D.O.L. -Starter ist, dass er mehrere potentielle Fehlerquellen hat und auch das Anfahren des Motors mit Lasten unterbinden, die mehr als 50 % des gesamten spezifizierten Gesamtdrehmoments des Motors erfordern. Beide Steuerungsmethoden haben Nachteile und wenngleich Star-Delta  den Anlaufstrom und das Drehmoment verringert, kann er für Applikationen nicht „fein abgestimmt“ werden und eignet sich nicht für einen fortlaufenden Start/Stopp-Betrieb. Ersparnisse können jedoch durch den Einsatz einer Sanftanlaufschaltung auf verschiedene Weisen erzielt werden. Beispielsweise werden durch die Abstimmung des Anlaufdrehmoments mit der Zeitdauer des Lastzustands Abnutzungen sowie Belastungen des Getriebes und des Antriebsstrangs gemindert, was wiederum Wartung und Stillstandzeit reduziert.

 

Energieeinsparung kann durch Integration der Sanftanlaufschaltung in die Automatisierung der Maschine und durch das Entfernen von Handbedienungselementen erzielt werden, was bedeutet, dass man den Motor im Leerlauf belassen kann, wenn er nicht benötigt wird. Eine verbreitete Anwendung besteht darin, Ausgangsfördersysteme auszuschalten, wenn auf ihnen kein Produkt vorhanden ist. Durch einen einfachen photoelektrischen Sensor, der Produkte erkennt, kann das Fördersystem schnell hochgefahren werden, wenn Produkte ankommen, und angehalten werden, wenn keine vorhanden sind.

Da Sanftanlaufschaltungen keine mechanischen Hauptschalter mit beweglichen Teilen verwenden, ist ihre Betriebslebensdauer weitaus länger und sie vereinen alle Komponenten, die in einer herkömmlichen Anfahrlösung zu finden sind, in einer einzigen kompakten Einheit. Viele Anwendungen haben wechselnde Lastzustände und in vielen industriellen Abläufen, wie Montagelinien, ist es erforderlich, die Motorengeschwindigkeit zu variieren. Durch Anpassung von Motorengeschwindigkeit und Drehmoment auf

die erforderliche Last werden große Effizienzgewinne durch Regelantriebe erzielt (VSD).

Durch Anpassung der Drehzahl und des Drehmoments auf die aktuelle Last können Einsparungen bei vielen Anwendungen, wie kleinen

Kränen, Autowaschanlagen, Fördersystemen, Aufzügen, Bohr- oder Holzbearbeitungsmaschinen erzielt werden. Wird der Regelantrieb jedoch für eine Pumpen- oder Lüftersteuerungsanwendung eingesetzt, sind Einsparungen von bis zu 50 % möglich. Beispielsweise benötigt ein Lüfter, dessen Drehzahl bei 80 % liegt, nur 50 % Energie im Vergleich zu einem Lüfter, der mit voller Drehzahl arbeitet. Jedoch laufen viel zu viele Pumpen und Lüfter kontinuierlich mit voller Drehzahl, wobei der Auslauf durch unwirtschaftliche Regler wie Dämpfer und Ventile geregelt wird.

Kombiniert mit diesen energiesparenden Optionen ermöglichen es Regelantriebe, dass Maschinen effizienter arbeiten, und in manchen Fällen schneller, da die Drehzahl sanft durch die SPS-Steuerung oder das Steuergerät auf die Prozesserfordernisse angepasst werden kann, wodurch zeitraubende und mechanisch belastende Stopps und Startvorgänge vermieden werden.

Eine riesige Palette von

Wechselstrommotoren, DOL, Star-Delta und Soft Start-up Sanftanlaufschaltungen

Vorrichtungen und Regelantriebenkönnen von RS Components bezogen werden, repräsentiert durch viele führende Markenhersteller wie ABB, Eaton, Mitsubishi, Omron, Schneider Electric und Siemens und viele mehr.

Die steigende Notwendigkeit der Energieeffizienz führt ebenfalls zu einer besseren Leistungsmetrik in einer Reihe von Produkten und Technologien, die auf Automationsmärkte ausgerichtet sind, einschließlich auf DIN-Schienen und Platten montierte Netzteile mit Geräten von Omron, Phoenix Contact und PULS , die mit immer höheren Effizienzklassen das Feld anführen. Darüber hinaus liefert SMC weiterhin Produkte mit hoher Wirtschaftlichkeit im Bereich der Pneumatik, wie beispielsweise KQ2-Formstücke und die AC-Serie von FRL (Filter gesteuerte Schmierung) Einheiten, die ebenfalls eine verbesserte Installationseffizienz bieten. Und mit dem Trend zu LEDs werden Leuchtmelder und industrielle Druckschalter effizienter denn je zuvor, während Linearanriebe die Betriebskosten in pneumatischen Installationen verringern können.