Effizient antreiben #####

An einer Reduzierung des Strombedarfes geht in der Industrie kein Weg vorbei – dies steht außer Frage. Was die Umsetzung energie-effizienter Lösungen im Bereich der Antriebstechnik angeht, gibt es unterschiedliche Realisierungsansätze.

An einer Reduzierung des Strombedarfes geht in der Industrie kein Weg vorbei – dies steht außer Frage. Was die Umsetzung energie-effizienter Lösungen im Bereich der Antriebstechnik angeht, gibt es unterschiedliche Realisierungsansätze.

Getrieben durch steigende Energiekosten und politischen Druck rückt die Thematik der Energie-Effizienz immer mehr in den Fokus der industriellen Anwender. Die Blicke richten sich dabei vor allem auf die elektrische Antriebstechnik – ist sie doch allein für etwa 70 % des industriellen Stromverbrauchs verantwortlich! Dieser Fakt spricht ebenso für sich wie die Tatsache, dass der Anteil der Energiekosten an den Lebenszykluskosten eines elektrischen Antriebssystems meist über 90 % beträgt. Hier schlummert ein enormes Sparpotenzial von etwa 27,5 Mrd. kWh pro Jahr, was 11% des gesamten industriellen Stormverbrauchs entspricht und sich nach Einschätzung des ZVEI wie folgt auf drei Bereiche verteilt:

10% durch Einsatz von Energiesparmotoren

Der Einsatz energiesparender Motoren wird in vielen Regionen vermehrt vorgeschrieben oder zumindest steuerlich gefördert. Vorreiter sind hier allen voran Australien/Neuseeland, die USA und Brasilien. In diesen Ländern sind nur Antriebe zugelassen, die bestimmte Energie- Effizienzwerte vorweisen können und den entsprechenden Vorschriften genügen. Andere Nationen, wie zum Beispiel England, setzen auf steuerliche Anreize, um den Einsatz entsprechender Antriebslösungen voranzutreiben. Im Rahmen der Umsetzung der EuP-Richtlinie (Energy using Products) ist zu erwarten, dass es auch europaweit Bestimmungen geben wird, die nur noch die Verwendung energie- effizienter Antriebe erlauben. Mit dem Inkrafttreten dieser Richtlinie ist voraussichtlich bis September 2008 zu rechnen.

30% durch elektrische Drehzahlregelung

Weit höhere Sparpotenziale als am Motor lassen sich durch die Anwendung einer gesteuerten Drehzahlverstellung mittels Frequenzumrichter erreichen. Je nach Applikation sind hier Einsparungen zwischen 50 und 70 % möglich. Klassische Beispiel- Anwendungen hierfür sind Pumpenund Volumenstromapplikationen, die die Fördermenge über Klappen und Ventile regulieren. Im Bereich der Förder- und Handhabungstechnik trägt die Projektierung eines geeigneten Verfahrprofils ebenfalls zu einer Verringerung des Energiebedarfs bei.

60% durch mechanische Systemoptimierung

Die mechanische Systemoptimierung bietet in den Augen des ZVEI das größte Energiesparpotenzial. Generell gilt es hier Maßnahmen zu ergreifen, die der Verminderung von Reibung und den damit verbundenen Verlusten dienen. Da jede Komponente, die an der Kraft- beziehungsweise Drehmomentübertragung mitwirkt, auch Verluste verursacht, sollten nur Komponenten mit geringen Reibungsverlusten zum Einsatz kommen. Des Weiteren ist die Anzahl dieser Komponenten so gering wie möglich zu halten.

Fokus auf den Umrichter

Eine Vielzahl von Umrichter-Herstellern bietet bereits einen Energiesparmodus in ihren Geräten an. Bei der Realisierung einer solchen Funktion verfolgen diese Anbieter aber zum Teil unterschiedliche Ansätze. Eine häufig angewendete Philosophie besteht darin, den Magnetisierungsstrom einer Asynchronmaschine speziell an die jeweilige Anwendung anzupassen. Typische Anwendungen hierfür sind Antriebe zum Fördern von Flüssigkeiten und Gasen, das heißt Lüfter und Pumpen sowie Zentrifugen. Bei diesen Anwendungen steigt das geforderte Moment quadratisch zur Drehzahl. Da magnetischer Fluss und Drehmoment in proportionalem Verhältnis zueinander stehen, wird bei diesen Anwendungen der magnetische Fluss entsprechend der Lastkennlinie bei niedrigen Drehzahlen gesenkt. Durch diese Flussabsenkung ist das resultierende Drehmoment gerade ausreichend hoch, um die Anwendung betreiben zu können.

Was die Verluste beim gemeinsamen Betrieb von Asynchronmotor und Frequenzumrichter betrifft, so setzen sich diese zusammen aus den Ständerkupferverlusten, den Eisenverlusten, den Zusatzverlusten im Ständer, den Kupferverlusten im Läufer sowie Reibungsverlusten im Läufer. Da die Verluste von Ständer und Läufer abhängig von Strom und Spannung sind, lassen sich diese durch geeignete Ansteuerung der ASM für den jeweiligen Belastungspunkt minimieren.