Effizient antreiben #####

Effizient antreiben

Kennzeichnend für diesen Ansatz ist, dass die Steuerung der Asynchronmaschine auf der Grundlage bekannter Lastkennlinien erfolgt, was eine optimale Ansteuerung für genau diesen Lastfall bedeutet. In der Praxis ergeben sich jedoch für den Antrieb oftmals veränderte Randbedingungen und die hinterlegte Kennlinie deckt sich dann nicht mehr mit den tatsächlichen Anforderungen der Anwendung. Für den Anwender heißt dies: Er muss unter den unterschiedlichen angebotenen Steuerkennlinien eine Auswahl treffen und durch „Ausprobieren“ herausfinden, welche für seine Anwendung die geeignete ist. Konsequenz ist: Eine solche Energiesparfunktion lässt sich häufig nicht im optimalen Betriebspunkt betreiben, beziehungsweise der Frequenzumrichter ist – je nach Implementierung – nicht in der Lage, das Kippen der Asynchronmaschine zu verhindern. Erfordert die anzutreibende Mechanik ein höheres Anlaufmoment als in der Lastkennlinie berücksichtigt, ist zudem nicht auszuschließen, dass es Probleme beim Hochlauf der Anwendung gibt oder dass die Anwendung im schlechtesten Fall nicht anläuft.

Eine Energiesparfunktion für alle Anwendungen

Das Konzept der applikationsoptimierten Energiesparfunktion führt häufig zu spezifischen Geräte-Ausprägungen – sprich zu speziellen Pumpen- und Lüftergeräten. Ein alternativer Ansatz besteht darin, nicht Lösungen für einzelne Probleme und Anwendungen zu finden, sondern die Thematik des Energiesparens ganzheitlich und für alle Anwendungen umzusetzen. Ein Beispiel hierfür ist die Umsetzung der patentierten Energiesparfunktion von SEW, welches auf der Anpassung des magnetischen Flusses und des Drehmoments an die Anforderungen der Anwendung basiert. Der Grundgedanke des Verfahrens basiert darauf, dass es zu jedem U/f-Verhältnis eine Belastung gibt, für die sich ein maximaler Wirkungsgrad ergibt. Die Regelung optimiert die Magnetisierung über das U/f-Verhältnis so ein, dass sie im optimalen Betriebspunkt liegt und gerade so viel Moment abgegeben wird, wie die Anwendung erfordert. Die Optimierung des Wirkungsgrades ist somit letztlich das Resultat einer Absenkung des Ausgangsstromes. Für alle Anwendungen, die im Teillastbereich zu betreiben sind und bei denen im Falle eines auftretenden Lastwechsels die Dynamik nicht im Vordergrund steht, kommt man so mit nur einer Energiesparfunktion aus, die sich neben Pumpen und Lüftern gleichermaßen für fördertechnische Anwendungen wie Transportbänder für Stück- und Schüttgut oder auch Rolltreppen einsetzen lässt. In Abhängigkeit von der Belastung ist mit diesem Verfahren eine Reduzierung der aufgenommenen Leistung um bis zu 30 % möglich. Des Weiteren lässt sich die Funktion einfach über einen Parameter zuschalten.

Das Verfahren im Detail

Am Funktionsprinzip der Asynchronmaschine (ASM) lässt sich ein Zusammenhang zwischen der Statorspannung als Funktion des Magnetisierungsstromes darstellen. Dabei ergibt sich für eine konstante Frequenz ein proportionales Verhältnis zwischen Statorspannung und Magnetisierungsstrom. Wird der Magnetisierungsstrom über den Grundsteuerbereich hinweg konstant gehalten, so ergibt sich für diesen Frequenzbereich ein ähnliches Antriebsverhalten wie beim 50-Hz- Nennbetrieb. Die Spannung ist nur von der Frequenz abhängig, somit ändert sich die Spannung im Grundsteuerbereich nahezu proportional zur Frequenz. Bei der Ansteuerung der ASM durch den Frequenzumrichter mit einem konstanten Verhältnis zwischen Frequenz und Spannung lässt sich die ASM von Drehzahl Null bis zu ihrem Nennpunkt mit konstantem Moment betreiben.

Wird die ASM jedoch in der Untermagnetisierung betrieben, das heißt der magnetische Fluss in der Maschine ist geringer als ihr Nennfluss, so wird die typische Steuerkennlinie eines Frequenzumrichters (FU) verlassen und die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie gestaucht (siehe Bild 1). Im Falle der Untermagnetisierung gibt der FU also nicht wie sonst üblich ein konstantes Verhältnis von Spannung zu Frequenz aus, sondern die Spannung wird stärker abgesenkt als durch das U/f-Verhältnis vorgegeben. Ergebnis der Untermagnetisierung des Motors ist, dass der Antrieb „weicher“ wird. Das bedeutet, dass der Drehzahlabfall des Motors bei Untermagnetisierung größer ist als der Drehzahlabfall bei Nennmagnetisierung, wenn dasselbe Arbeitsmoment (MP) an der Welle abverlangt wird. Eine Erhöhung des Drehzahlabfalls bedeutet gleichzeitig eine Erhöhung des Schlupfes. Untersuchungen des Verhaltens der ASM bei Untermagnetisierung zeigen, dass die Kippdrehzahl bei Untermagnetisierung gleich der Kippdrehzahl bei Nennmagnetisierung ist. Somit lassen sich Magnetisierungsstrom beziehungsweise Spannung und gefordertes Applikationsmoment unter Kenntnis der M-n-Kennlinie bei Nennmagnetisierung über entsprechende Gleichungen berechnen.