Nur 12% der installierten Antriebe sind geregelt. Allerdings wird auch heute nur etwa jeder dritte Elektromotor als drehzahlgeregelter Antrieb, d.h. mit Frequenzumrichter, verkauft – sinnvoll wäre nach Einschätzung des ZVEI jeder zweite. Hier liegt also großes Potenzial brach – und viele Aufgaben für die Antriebstechniker, bis die anzustrebenden 50% erreicht sind. Control Techniques, ein Unternehmen der Emerson Industrial Automation, greift das Thema unter dem Motto \’Save Energy\‘ auf der SPS/IPC/Drives auf.
Beispiel Pumpenantriebe
Ein aktuelles Beispiel für die Energiesparpotenziale, die in einer Umrüstung auf drehzahlgeregelte Pumpenantriebe stecken, ist ein Projekt, das die Haase Antriebstechnik GmbH, ein Systempartner von Control Techniques, realisierte. An einer Hydraulikpresse in einem Aluminiumwerk stellen acht Hydraulikpumpen mit einer Leistung von je 160kW den Pressdruck zur Verfügung, den man für die Erzeugung von Strangpressprofilen benötigt. Im Zuge einer Energieverbrauchsanalyse stellte man fest, dass die Elektromotoren rund 90% der insgesamt 3.300 Betriebsstunden pro Jahr im Leerlauf betrieben werden. (Bild 1) Haase Antriebstechnik rüstete daraufhin die Motoren mit Frequenzumrichtern der Baureihe Unidrive SP von Control Techniques aus. Sie bieten dem Anwender eine Energiesparfunktion: Die Verlustleistung im Leerlauf wird auf ein Viertel reduziert, und eine dynamische Anpassung der Spannungs-Frequenz-Kennlinie an die Belastung reduziert den Motorstrom im Leerlauf auf die Hälfte. Damit wird die Magnetisierung des Motors automatisch an die erforderliche Leistung angepasst und der Motor verlustoptimal betrieben. Nach der Umrüstung auf die Drehzahlregelung mit den Umrichtern konnte der Anwender den Energieverbrauch, den die acht Pumpen verursachen, um über 50% senken. Die modular aufgebauten Umrichter eignen sich für die Nachrüstung bestehender Antriebe, da sie ein Leistungsspektrum von 0,75 bis 1.900kW abdecken und für Eingangsspannungen von 200 bis 690V zur Verfügung stehen. Sie lassen sich in bestehende Systeme integrieren, weil sie als Kompaktgerät, in Modulbauweise oder als fertige Schaltschrankversion zur Verfügung stehen – mit gleicher Bedienstruktur. Aufgrund der \’aufgelösten\‘ Bauweise kann der Anwender das Einspeise- und das Wechselrichtermodul separat montieren oder über ein \’Docking Kit\‘ kombinieren. Durch entsprechende Parallelschaltung der Wechselrichtermodule kann er dann eine individuelle Anpassung an die Motorleistungen vornehmen.
Beim Hochlaufen sparen
Auch wenn die elektromotorisch angetriebenen Anlagen mit mehr oder weniger konstanter Drehzahl laufen, kann man nicht nur bei Pumpen, sondern generell mit drehzahlgeregelten Antrieben Energie sparen. Beim Hochlaufen treten oft Anlaufströme auf, die das Achtfache des Nennstroms betragen können. Diese Ströme erzeugen nicht nur Verluste im Motor, sondern belasten auch die Energieversorgung und die Mechanik. Und sie erhöhen besonders bei großen Antrieben die Stromrechnung, weil die Energieversorger die Lastspitzen zur Berechnung heranziehen. Wenn Frequenzumrichter über die entsprechende Funktion zum geregelten Hochfahren des Antriebs verfügen, werden die Anlaufströme begrenzt und der Energieaufwand beim Starten reduziert.
Potenzial beim Nutzbremsen
Eine weitere Energiesparfunktion, die die Unidrive SP-Umrichter serienmäßig bieten, ist die Rückspeisefunktion: Die beim Abbremsen eines Antriebs normalerweise \’vernichtete\‘ Energie wird zurückgewonnen und wieder ins Netz gespeist. Das ist dann sinnvoll, wenn Antriebe mit großen Massen, schnellen Lastwechseln oder hohen Umdrehungen abgebremst werden. Auch bei Hubantrieben von Kranen, in der Personenaufzugstechnik und im Betrieb von Prüfständen (Bild2) hat sich diese Funktion bewährt. In all diesen Einsatzfeldern kann man die Vorteile der Netzrückspeisung auch nachträglich, d.h. bei bereits installierten Antrieben, nutzen, indem sie mit den modular aufgebauten und entsprechend parametrierten Frequenzumrichtern ausgerüstet werden.
