Boge, einer der führenden Anbieter von Kompressoren und Druckluftanlagen, erweitert sein Sortiment an Turbokompressoren um ein Gerät mit 230kW. „Unsere Turbokompressoren kommen ohne Öl aus und senken trotz hoher Drehzahlen das Geräuschniveau“, erläutert Peter Boldt, Leiter Turboentwicklung bei Boge. In den neuen Geräten setzt Boge Multilevel-Umrichter von Sieb & Meyer ein – konkret die Baureihe SD2M mit 75 und 150kW. Die Frequenzumrichter treiben ein oder zwei permanenterregte Gleichstrommotoren an. Umrichter Nummer eins ist für die Verdichterstufen 1 und 2 zuständig, Umrichter Nummer zwei für Verdichterstufe 3. „Die Motoren arbeiten mit unterschiedlichen Drehzahlen von ca. 35.000 bzw. 55.000U/min. Durch die Schnittstelle zur Kompressorsteuerung werden die Drehzahlen der beiden Motoren zueinander passend synchronisiert“, so Boldt.
Kompakter Aufbau ohne LC-Filter
Die eingesetzte Antriebstechnik ermöglicht einen kompakten Aufbau der Turbokompressoren. Im Gegensatz zu Wettbewerbsprodukten entfallen bei den Motoren von Sieb & Meyer LC-Filter oder Drosseln, die groß, schwer, teuer und verdrahtungsaufwändig sind. Der Footprint für das Gesamtaggregat verringert sich dadurch. Zudem hat Sieb & Meyer auf Wunsch von Boge eine Wasserkühlung in die Geräte integriert.
Dank der Umrichtertechnik ließ sich der Gesamtwirkungsgrad der Turbokompressoren verbessern, was in niedrigeren Energiekosten resultiert. „Wir sprechen hier von einer Einsparung von ca. 3 bis 5 Prozent“, bestätigt Boldt. „Wenn man berücksichtigt, dass der Turbokompressor bei Volllast etwa 230kW elektrische Leistung pro Stunde aufnimmt, sparen Anwender über die Zeit deutlich Geld.“
Der größte Vorteil für Boge ist jedoch, dass Sieb & Meyer die Frequenzumrichter speziell für hohe Drehzahlen entwickelt hat. „Geräte von Wettbewerbern können einen schlechteren Wirkungsgrad aufweisen und es ist mehr Peripherie-Aufwand wie Motor-LC-Filter nötig“, betont Boldt. In der Intralogistik ist die Maximierung der Lagerkapazität entscheidend. Kompakte Sensoren spielen dabei eine Schlüsselrolle: Höchste Leistung in kompakter Bauform schafft mehr Platz für die Ware, denn die Technik macht sich klein. ‣ weiterlesen
Intralogistik: Neue Baumer ToF-Sensoren machen sich klein
Drei-Level-Technologie reduziert Rotorverluste deutlich
Markus Finselberger, Leiter Vertrieb Antriebselektronik bei Sieb & Meyer erläutert: „Im Vergleich zu Wettbewerbsprodukten verursachen unsere Frequenzumrichter bei ihrem Einsatz weniger umrichterbedingte Motorverluste. Neben der geringeren Motorerwärmung führt dies zu einem höheren Systemwirkungsgrad und somit auch einem reduzierten Energieverbrauch.“
Der Hintergrund: Ca. 90 Prozent aller durch den Umrichter verursachten Verluste treten im Rotor auf und können für den Motor schädliche Erwärmung erzeugen. Hinzu kommt, dass das typbedingt geringe Rotorvolumen eines Hochgeschwindigkeitsmotors zusätzliche Temperaturprobleme erzeugt. Die Regelungsverfahren der SD2x-Frequenzumrichter führen zu einem geringeren Anteil an harmonischen Frequenzen im Motor.
Gegenüber herkömmlicher Umrichtertechnologien mit zwei Leveln geht die Drei-Level-Technologie, auf der der Frequenzumrichter SD2M basiert, einen Schritt weiter: Bei dieser Technologie werden die Leistungshalbleiter der Endstufen nur mit der Hälfte der Spannung beaufschlagt, wie sie bei der Zwei-Level-Technologie vorkommen. Somit ist es möglich, mit Leistungshalbleitern zu arbeiten, die für geringere Spannungen ausgelegt sind und damit schneller schalten. Das Resultat: In der Endstufe entstehen weniger Schaltverluste und die Schaltfrequenz lässt sich deutlich erhöhen. Digitale Souveränität in der Automation: Fraunhofer IOSB-INA entwickelt einen KI-Assistenten für die SPS-Programmierung. ‣ weiterlesen
Automatisierung neu gedacht
Gleichzeitig wird der Motor im Vergleich zur Zwei-Level-Technologie nur mit 50 Prozent der Spannungssprünge belastet. Allein durch den Einsatz der Drei-Level-Technologie lassen sich die im Rotor entstehenden Verluste um ca. 75 Prozent reduzieren. Nutzt man zusätzlich eine Verdopplung der Schaltfrequenz, lassen sich die im Rotor entstehenden Verluste um bis zu 90 Prozent senken. LC-Filter können dann häufig komplett entfallen – wie auch in dieser Anwendung.
Besserer Sinus durch Steuerung des Kommutierungswinkels
Perspektivisch wird Boge weitere Turbokompressoren in das Sortiment aufnehmen, für die Geräte der neuen SD4x-Produktfamilie von Sieb & Meyer in Frage kommen. Diese erlauben es, hochdrehende Motoren mit noch weniger Verlustleistung anzutreiben. Sie unterstützen nun auch PWM-Schaltfrequenzen von 24 und 32kHz. Für eine noch feinere Modulierung des sinusförmigen Signals ist eine Kommutierungswinkel-Steuerung nun auch für 32, 48 und 64kHz integriert. Dadurch ergibt sich ein nahezu optimaler Sinus, es treten kaum noch harmonische Ströme auf. Die durch die PWM verursachte Verlustleistung kann weiter minimiert werden.
Die Kombination aus Drei-Level-Technologie, erhöhten Schaltfrequenzen und optimierter Kommutierungswinkel-Steuerung zeigt, wie Umrichtertechnik Hochgeschwindigkeitsanwendungen effizienter macht. Für Anwender bedeutet dies nicht nur geringere Energiekosten, sondern auch kompaktere Systeme ohne zusätzliche Filterkomponenten. In Turbokompressoren, die kontinuierlich mit hoher Last laufen, summieren sich selbst scheinbar kleine Wirkungsgradverbesserungen über die Betriebsdauer zu relevanten Einsparungen.
