17.12.2015

Bewegungsenergie sicher beherrschen

Die Ansprüche in der elektrischen Antriebstechnik steigen: Besonders sicher sollen die Anwendungen sein, langlebig, energiesparend und in erster Linie effizient. Hier sind neue Lösungen gefragt, beispielsweise die maßgeschneiderte Kombination von Frequenzumrichtern mit externen Brems-Choppern. Das zeigt ein Anwenderbeispiel aus der Schifffahrt.

Autor: Dr. Frank Oswald Hake, KIMO INDUSTRIAL ELECTRONICS GmbH.


Die Aufgabe von Brems-Choppern ist es, schnelles Abbremsen von Drehstromantrieben mit Frequenzumrichtern zu ermöglichen. Die Geräte wandeln die überschüssige elektrische Energie des Zwischenkreises durch einen angebauten Widerstand in thermische Energie um. Diese Funktion schützt den Frequenzumrichter vor Überspannung im Zwischenkreis. Das Unternehmen Kimo bietet entsprechende Geräte im Leistungsbereich von 11 bis 1200kW an. In vielen Anwendungen sind Brems-Chopper, falls sie überhaupt eingesetzt werden, zu schwach dimensioniert. Damit werden entsprechend Leistungspotenzial und Möglichkeiten zum Einsparen von Betriebskosten verschenkt. Typische Beispiele sind Anwendungen mit großen Bremsleistungen wie Motorprüfstände. Hier entstehen häufig unnötige Kosten durch überdimensionierte Frequenzumrichter. Dabei gibt es eine praktische Lösung, die noch zu wenig genutzt wird: Die Leistungsfähigkeit von Umrichtern lässt sich durch den Einsatz externer Brems-Chopper erhöhen. Der Grund ist das somit erreichte Plus an Bremsleistung. Ein an die nominale Antriebsleistung angepasster Frequenzumrichter erreicht dadurch volle Funktionsfähigkeit ohne Einschränkungen.

Einsatz auf hoher See

Auch auf hoher See funktioniert dieser Lösungsansatz wie folgendes Beispiel aus der Schifffahrt zeigt. Bei diesem kundenspezifischen Projekt ging es um die Installation von Bugstrahlrudern des Unternehmens Voith Turbo Schneider Propulsion. Die hier nebeneinander eingebauten Voith Inline Thruster (VIT) sind seit 2014 als Bugstrahler in einer Mega-Yacht in Betrieb. Dabei handelt es sich um Seewasser-geschmierte und -gekühlte Einheiten, die von einer entsprechenden Steuerung mit Frequenzumrichtern betätigt werden. Die reine elektrische Ansteuerung erfolgt über entsprechend zugelassene Schiffskabel und Steckverbindersysteme. Die Anweisungen zur Steuerung gehen von der Brückensteuerung über den Schaltschrank zum Umrichter, der die vorgegebene Drehrichtung und Drehzahl frequenzgesteuert an die VIT-Einheiten weitergibt. Zur Stabilisierung des Schiffs und Reduzierung seiner Schwankungen lassen sich diese Systeme im sogenannten DP-Modus (Dynamic Positioning Modus) betreiben. Hier werden die Einheiten gegenläufig mit entsprechenden adaptierbaren Drehzahlen betrieben. Für das dafür notwendige schnelle Abbremsen der VIT-Einheiten und um unerwünschte Betriebsunterbrechungen auszuschließen, wurde das bestehende Steuerungssystem nachträglich um den Brems-Chopper von Kimo erweitert.

Integration des Brems-Choppers

Durch den Einbau eines Brems-Choppers Typ Transomik 90BC2-14 inklusive Bremswiderstand gelang es die existierende Steuerungseinheit mit Frequenzumrichter beizubehalten und gleichzeitig alle vorgeschriebenen Richtlinien des DP-Betriebs und der Schiffsklassifikationsgesellschaft einzuhalten. Die Integration von Chopper und Widerstand war unkompliziert und erforderte keinen größeren technischen Umbau. Das Ergebnis war eine deutlich schnellere und kostenreduziertere Projektrealisierung. "Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die vom Kunden gewünschte nachträgliche Ergänzung des bestehenden Systems durch die Integration des Kimo-Brems-Choppers gemäß erforderlicher Richtlinien sowie zur vollsten Zufriedenheit aller Beteiligten umgesetzt werden konnte", so Frank Auer, Head of Project Management Voith Turbo Marine. Derartig effiziente und energetisch sinnvolle Anwendungslösungen sind branchenübergreifend möglich und haben sich auch bereits bei mobilen Arbeitsmaschinen und Lokomotiven bewährt. Erfolgsentscheidend ist eine detaillierte Analyse der Bedingungen vor Ort durch Spezialisten.

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