Effiziente magnetfreie Synchron-Reluktanzmotoren. Copyright REEL Srl 2014

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Thilo Hausler
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1 Effiziente magnetfreie Synchron-Reluktanzmotoren Copyright REEL Srl 2014

Elektromagnetisch 19% elektronisch 4% elektrolytisch 4% 510

Energieverbrauch EU-27 nach Art der Umwandlung in TWh Summe 2.

280 elektro-thermisch 24% 270 Lüfter Quelle Diagramm: Study for an

for the European Commission, Brüssel/Delft, 18.

2 Elektromagnetisch 19% elektronisch 4% elektrolytisch 4% 510 electromechanical 49% Kompressoren Übersicht El. Energieverbrauch EU-27 nach Art der Umwandlung in TWh Summe Pumpen 90% Asynchron- Motoren (ASM)* Rotorblechschnitt ASM 280 elektro-thermisch 24% 270 Lüfter Quelle Diagramm: Study for an update of the Ecodesign Working Plan Amended Ecodesign Working Plan for the European Commission, Brüssel/Delft, 18. Februar 2011 * EUP Lot 11 Motors Final Report February 2008, Aníbal T. de Almeida, Coimbra, 18. Februar 2008, Seite 19 Servoantriebe 2

3 US$ (Mio) ,50% Einh. (Mio) Markt und Zahlen Für den Weltmarkt der Niederspannungsmotoren wird ein ständiges Wachstum bis 2017 erwartet, mit einer Wachstumsrate von 9,5% p.a $ (Mio) Einh. (Mio) Quelle: IHS - Low Voltage Motors & Drives Global Market Update (2012) 3

4 Markt und Zahlen Der Energieverbrauch bleibt weiterhin der wichtigste Faktor für die Lebensdauerkosten elektrischer Motoren Gesamt-Lebensdauerkosten Motor 100% Elektrizitätspreise für industrielle Abnehmer 84% 2% 6% 8% Wartung- Energie -kosten Initialkosten Ausfallkosten Lebensdauerkosten 4

Hocheffiziente Antriebe ErP-Richtlinie 2009/125/EG Verordnung EG 640/2009 Motoren Ab Juni 2011 von 0,75 kw bis 375kW Wirkungsgrad mindestens IE2 Ab Jan 2015 von

5 Hocheffiziente Antriebe ErP-Richtlinie 2009/125/EG Verordnung EG 640/2009 Motoren Ab Juni 2011 von 0,75 kw bis 375kW Wirkungsgrad mindestens IE2 Ab Jan 2015 von 7,5 kw bis 375kW Wirkungsgrad mindestens IE3 oder IE2 + Drehzahlregelung Ab Jan 2017 von 0,75 kw bis 375kW Wirkungsgrad mindestens IE3 oder IE2 + Drehzahlregelung 5

6 0,8 1,1 1,5 2,2 3,0 4,0 5,5 7,5 11,0 15,0 18,5 22,0 30,0 37,0 45,0 55,0 75,0 90,0 110,0 Wirkungsgrad in % 0,8 1,1 1,5 2,2 3,0 4,0 5,5 7,5 11,0 15,0 18,5 22,0 30,0 37,0 45,0 55,0 75,0 90,0 110,0 Wirkungsgrad in % Wirkungsgrade 2-polige Maschinen 100,0 95,0 90,0 85,0 80,0 100,0 95,0 Wirkungsgrade 4-polige Maschinen Nennleistung in kw IE2-2 polig IE3-2 polig IE4** - 2 polig Hocheffiziente Antriebe Neue internationale Definition von Mindestwirkungsgraden für Elektromotoren gemäß IEC IE2 Hoher Wirkungsgrad IE3 Premium-Wirkungsgrad IE4 Super-Premium-Wirkungsgrad 90,0 85,0 80,0 IE2-4 polig IE3-4 polig IE4** - 4 polig ***Entwurf gem. IEC/CD Ed. 2, , bedeutet 15% weniger Verluste gegenüber IE3 Nennleistung in kw 6

7 Elektrische Antriebe Gleichstromantriebe Drehstromantriebe Asynchronmaschine Synchronmaschine Standard (IE2/IE3) Kupferläufer- Technologie (IE3/IE4) PM erregter Synchronantrieb Synchron - reluktanzantrieb Bild: Euro-Group Bild: Kienle & Spiess Bild: TU Kaiserslautern REEL SuPremE 7

Drehmomentwelligkeit und niedriges Geräuschniveau dank patentierter Rotorgeometrie IE2 IE1

8 Verfügbar, aber teuer IE4 IE3 Synchron- Reluktanz- Technologie IE4 IE3 Standard 2017 Standard 2015 REEL SuPremE Motor-Technologie Anisotropie des Rotors im 4-pol-Design Geringe Drehmomentwelligkeit und niedriges Geräuschniveau dank patentierter Rotorgeometrie IE2 IE1 Synchron- Reluktanz- Motor Standard 2010 Asynchron- Motor U.S. Patent No , A. Vagati, Turin 8

9 Konstruktion REEL SuPremE-Rotor Beidseitig isoliertes Elektroblech mit Flusssperrenschnitt gem. U.S.-Patent Deckscheibe Welle Passfeder Lüfterrad Blechpaket Deckscheibe 9

10 Schnittmodell Rotor REEL SuPremE 10

11 Drehmoment 100% definiert durch IEC REEL SuPremE Warum IE3 nicht ausreicht 75% 50%? auf manchen Datenblättern zu finden Die IEC Ed. 2 definiert nur den Wirkungsgrad am Nennpunkt Alle ASM-Hersteller nennen Teillastwirkungsgrade bei voller Drehzahl 25% Viele Lastmaschinen, z.b. Pumpen und Lüfter laufen abseits dieser Punkte 0% 25% 50% 75% 100% Drehzahl 11

12 Wirkungsgrad [%] SuPremE 7,5kW 1500 rpm* IE3 Asynchronmotor 7.5kW 1450 rpm Wirkungsgrad im Vergleich REEL SuPremE vs. Asynchronmotor bei fester Drehzahl Konstant hoher Wirkungsgrad im Teillastbereich. Hohes Energieeinsparpotential bei Lastprofilen mit Teillastanteil (z.b. Pumpen: Blauer Engel) * Messung: Prof. Prof. h. c. mult. Dr.-Ing. Peter F. Brosch, Hochschule Hannover, University of Applied Sciences and Arts, Fakultät I, Antriebe und Automatisierungstechnik Last [%] 12

13 Efficiency [%] Pumpenanwendung Wirkungsgradvergleich Drehmoment [Nm] 7,5 kw ASM (IE3) 7,5 kw REEL SuPremE (IE4) Quelle: Jochen Schaab KSB AG Drehzahl [rpm] Drehzahl [rpm] 13

Zeitanteil % 50 44 40 30 20 10 35 Variablen Energiekosten in Euro/kWh 0,13 Betriebsdauer in h 6000 15 6 Pumpen: Blauer Engel Lastprofil REEL

Volumenstrom % Arbeitspunkte Motor (Bsp. 11 kw) Kostenrechnung Kosten AP1 Kosten AP2 Kosten AP3 Kosten AP4 Gesamt Kosten SuPremE 729,59 1.

14 Zeitanteil % Variablen Energiekosten in Euro/kWh 0,13 Betriebsdauer in h Pumpen: Blauer Engel Lastprofil REEL SuPremE-Motor Der Vorteil von Synchronmotortechnik liegt vor allem Teillastbereich Dort wo fast alle Pumpen und Lüfter betrieben werden Volumenstrom % Arbeitspunkte Motor (Bsp. 11 kw) Kostenrechnung Kosten AP1 Kosten AP2 Kosten AP3 Kosten AP4 Gesamt Kosten SuPremE 729, ,24 723,21 378, ,68 Kosten ASM IE3 891, ,68 735,34 381, ,23 Einsparung 161,68 36,44 12,12 3,30 213,54 Einsparung: 7% gegenüber IE3-Asynchronmotor 14

15 Energie-Sparpotential Motorleistung Profil blauer Engel Dauerbetrieb 75 % Leistung Dauerbetrieb 100 % Leistung 2,2 kw ,5 kw ,0 kw ,0 kw ,0 kw h Q h Q Fall 1 - Pumpe im Zweischichtbetrieb Variables Lastprofil gemäß Pumpenkennlinie Vergleich mit geregeltem Standard IE2-Motor Nenndrehzahl 1450/min Energiekosten 13 cent/kwh 6000 Betriebsstunden / a Vergleichbare Einsparungen bei Lüfteranwendungen! Quelle: KSB Energiesparechner 15

Energie-Sparpotential Motorleistung Profil blauer Engel Dauerbetrieb 75 % Leistung Dauerbetrieb 100 % Leistung 2,2 kw 214 193 90 7,5 kw 485 433 188 15,0

473 576 50 40 30 44 35 h h Fall 2 - Pumpe im Dreischichtbetrieb Variables Lastprofil gemäß Pumpenkennlinie Vergleich mit geregeltem hocheffizientem

16 Energie-Sparpotential Motorleistung Profil blauer Engel Dauerbetrieb 75 % Leistung Dauerbetrieb 100 % Leistung 2,2 kw ,5 kw ,0 kw ,0 kw ,0 kw h h Fall 2 - Pumpe im Dreischichtbetrieb Variables Lastprofil gemäß Pumpenkennlinie Vergleich mit geregeltem hocheffizientem IE3-Motor Nenndrehzahl 2900/min Energiekosten 13 cent/kwh 8000 Betriebsstunden / a Q Q Vergleichbare Einsparungen bei Lüfteranwendungen! Quelle: KSB Energiesparechner 16

17 FAZIT: Warum Synchron-Reluktanz-Antriebe? Die REEL SuPremE - Technologie ist perfekt geeignet für Anwendungen mit variablem Lastprofil Höchster Wirkungsgrad in weitem Drehzahl-Drehmomentbereich Amortisation der Mehrkosten gegenüber IE2/IE3 Lösungen nach wenigen Monaten BAFA-Förderung möglich Sie können REEL auf dem KSB-Stand in Halle 15, F41 kontaktieren 17

18 Vielen Dank! 18

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