Erschienen am: 03.03.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 3 2017

Rückspeiseeinheiten zur Energieumverteilung

Ökologische Achterbahn

Die Verwendung von Rückspeiseeinheiten in Kränen oder Wasserkraftwerken ist nicht ungewöhnlich. Doch der Einsatz von rückspeisefähigen Einspeiseeinheiten in Achterbahnen ist es durchaus. Sie stellen per Active Front End frei werdende Bremsenergie anderen Stromverbrauchern zur Verfügung und sorgen so für eine umweltfreundliche Energieumverteilung.


Der Indoor-Themenpark „Arthur – Im Königreich der Minimoys“ kombiniert Achterbahn und Themenfahrt.
Bild: Europa-Park GmbH & Co Mack KG

Der Indoor-Themenpark 'Arthur - Im Königreich der Minimoys' im Europa-Park kombiniert Achterbahn und Themenfahrt. Er entstand in dreijähriger Planungs- sowie anderthalbjähriger Bauzeit auf einer Grundfläche von 3.500m². Sieben Achterbahnzüge mit Platz für je zwölf Personen befahren die 550m lange Indoor- und Outdoor-Fahrstrecke, auf der zahlreiche Spezialeffekte auf die Besucher warten. Die Designer arbeiteten hierfür mit einem freien Geschwindigkeitsprofil und kombinierten während der Fahrt Beschleunigungen, Stopp-Phasen sowie schnelle und langsame Szenen. Die Züge hängen an Schienen. Jeder Zug ist mit drei drehbaren Sitz- und zwei Antriebseinheiten sowie Spezialtechnik ausgerüstet: Licht-, Ton-, Vibrations- und andere Spezialeffekte lassen sich an sämtlichen Punkten der Strecke direkt am Wagen aktivieren. So hat der Besucher die Möglichkeit, mit einem Taster am Sitz Effekte auszulösen und auf Erlebnisse während der Fahrt zu reagieren. "Bei den Inverted Powered Coastern sind alle Systeme ständig in Bewegung", erklärt Maximilian Röser, Marketing Manager beim Anlagenbauer Mack Rides. "Andere Fahrgeschäfte haben diese Technik meist an den Schienen bzw. im Gebäude verbaut. Hier ist zum ersten Mal alles mobil und somit aufwendiger zu planen gewesen."

Spannend und

umweltfreundlich

Die Züge für die neue Attraktion entstanden in einer Bauzeit von zwei Jahren. Mack Rides entwickelte für sie einen eigenen Antrieb und ein spezielles Bremsaggregat. Dazu wurde die komplette Intelligenz auf dem Zug selbst installiert. Zu den technischen Neuerungen, die Mack Rides bei der Arthur-Bahn realisierte, zählt auch die Verwendung von Ein/Rückspeiseeinheiten mit Active Front End (AFE) von Gefran. Der Hauptantrieb jedes Zuges ist mit einem AFE200 mit einer Leistung von 500kW ausgerüstet. Eine zweite kleinere Einheit mit 22kW kommt zum Einsatz, wenn der Zug in die Halteposition fährt. Ohne sie müsste die Bremsenergie, die beim Wechsel zwischen schnellen und langsamen Szenen frei wird, über Widerstände verbrannt werden. Stattdessen wird sie bei der neuen Fahrattraktion über die AFE-Einheiten ins Netz rückgespeist und für andere Verbraucher nutzbar. Dabei ist neben der Energieeinsparung auch die Reduktion der harmonischen Oberwellenbelastung für das Netz ein positiver Effekt. Die ein- und rückgespeiste Energie tritt als sinusförmiger Strom auf. Dadurch lässt sich netzseitig die Verwendung von Kompensationsanlagen und Transformatoren sowie Kabeln und Filtern reduzieren. Zudem verringert die AFE-Einheit die Blindleistung des Systems und macht herkömmliche unwirtschaftliche Bremssysteme und -widerstände überflüssig. Damit leisten die Ein/Rückspeiseeinheiten einen wesentlichen Beitrag zur Senkung der Betriebskosten und steigern die Wirtschaftlichkeit des Versorgungssystems. Die AFE-Einheiten sorgen nicht nur für Energieeinsparungen, sie bieten auch eine hohe Systemdynamik in der Motorisierungs- und Regenerationsphase.

Großer Leistungsbereich

Gefran bietet die rückspeisefähigen Einspeiseeinheiten für den Leistungsbereich von 22kW bis 1,65MW an. Sie eignen sich für die dreiphasige Versorgung von Antriebsbatterien mit 400 bis 690VAC, die am selben DC-Zwischenkreis angeschlossen sind, oder auch, um Konfigurationen mit lediglich einem Antrieb zu verwalten. Dabei stabilisieren sie den DC-Zwischenkreis gegenüber Lastveränderungen, in dem sie die Zwischenkreisspannung durch aktives Schalten konstant halten. Möglich wird dies durch den Einsatz eines Bipolartransistors mit isolierter Gate-Elektrode. Mit dessen Hilfe ermittelt die Software schnell und kontinuierlich den Strom an der Last. Daher kommen Einheiten vom Typ AFE200 üblicherweise in Fahrstühlen, Krananlagen oder Pumpen zum Einsatz. Das Active Front End regelt die Ein- und Rückspeisung der elektrischen Energie unabhängig vom Netz. Auf diese Weise verkraftet der jeweilige Antrieb den permanenten Lastwechsel besser. Das gilt auch für die Antriebe der Züge im Arthur-Themenpark, bei denen die beiden AFE-Einheiten dafür sorgen, dass die Antriebe die Geschwindigkeitswechsel auf der Bahn besser bewältigen.

Anpassungsfähige Technik

Die Modularität und Anpassungsfähigkeit des AFE200 erleichtert den Technikern die Installation und ermöglicht eine komfortable Handhabung und eine flexible Planung. Verdrahtungsaufwand und Raumbedarf lassen sich ebenfalls reduzieren. Sämtliche Anschlüsse sowie der Zugang zu Klemmleisten und Racks mit einem intelligenten Steckplatzsystem für optionale Karten für Feldbusschnittstellen oder I/O-Erweiterungen sind so konstruiert, dass sich die Einheiten schnell und einfach an das zu versorgende System koppeln lassen. Die AFE-Einheiten sind standardmäßig mit seriellen RS485-Schnittstellen ausgestattet und erlauben Peer-to-peer- oder Multidrop-Anschlüsse über Modbus RTU. Die Ein/Rückspeiseeinheiten sind in fünf mechanischen Baugrößen als Einzelgerät (22 bis 335kW) oder Parallel-Konfiguration (400kW bis 1,65MW) lieferbar. Jedes Gerät besitzt einen Anschluss für eine externe 24VDC-Versorgung, die bei einem Netzausfall für die Aufrechterhaltung aller Anzeige- und Parametrierfunktionen des Antriebs und der Verwaltungsfunktionen für eventuell angeschlossene Feldbusse sorgt. Die Bedieneinheit ist intuitiv erfassbar. Sie verfügt über die Bedienarten Easy und Expert und wird damit sämtlichen Benutzertypen sowie allen mehr oder weniger komplexen Programmieranforderungen gerecht. Ein Wizard-Tool ermöglicht die logische Navigation und schnelle Inbetriebnahme. Dabei stellen die Einheiten standardmäßig die Programmierung in zehn Sprachen zur Verfügung.