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1 MOTOR SUMMIT Zürich, Emerson Industrial Automation Hansjörg Biland Sales Manager Process Industry

2 MOTOR SUMMIT 2014 Inhalt: Emerson Industrial Automation Innovation innerhalb der Antriebstechnik Einsatz von neuen Technologien Antriebssysteme in der Praxis Fragen der Teilnehmer Seite2

3 EMERSON Business Units AC & DC Versorgungen (USV) Wärme Management Netzwerkanschluss- und Steuerung (KVM) Infrastrukturkomponenten (Switch) Steuerventile & Regler Messeinrichtungen/Sensoren WLAN-Komponenten Prozeßsteuerungen Kompressoren HLK-Steuerungen Geregelte Antriebe & Motoren Generatoren Magnetventile für Medienkreisläufe Materialverbindung mittels Ultraschall Ordnungssysteme für Nahrungsmittel und Abfälle Lötwerkzeuge Vakuumtrockner Mobile Tische für Laborund Medizintechnik 3

4 EMERSON Industrial Automation Hohe Energieeinsparung: Hocheffiziente Energiesparmotoren und umrichtergeregelte Antriebe kwh: Energieverbrauch 4

5 MOTOR SUMMIT 2014 Inhalt: Emerson Industrial Automation Innovation innerhalb der Antriebstechnik Einsatz von neuen Technologien Neue Antriebssysteme in der Praxis Fragen der Teilnehmer Seite5

6 Innovation innerhalb der Antriebstechnik Wieso entwickeln wir neue Antriebssysteme? Bundesrat beschliesst im Jahre 2011 den Atomausstieg Das Parlament erhält im Jahre 2013 ein erstes Massnahmenpaket zur Umsetzung der Energiestrategie des Bundes Mit Hilfe der neuen Energiepolitik sollen bis zum Jahre 2050 rund 16TWh/a an elektrischer Energie eingespart werden. Dank diverser Massnahmen, sollte der Verbrauch an elektrischer Energie im Jahre 2050 von rund 70 auf 54 TWh/a gesenkt werden. (aktueller Verbrauch ~ 60 TWh/a) Quelle = Internet, BFE Seite6

7 Innovation innerhalb der Antriebstechnik Wieso entwickeln wir neue Antriebssysteme? Die Weltbevölkerung hat sich in den letzten 50 Jahren von rund 3.5 auf 7.2 Milliarden mehr als verdoppelt Jeder Mensch hat das Recht Energie zu beziehen Rund 1.4 Milliarden Menschen haben Heute keinen Zugang zur elektrischen Energie und die Weltbevölkerung wächst jedes Jahr um 80 Millionen Die Energiekosten werden stetig steigen und die Ressourcen immer knapper. Zitat Dr. Daniel Ganser «Energie und Frieden sind vernetzt» Quelle = Internet, SIPER Seite7

8 Innovation innerhalb der Antriebstechnik Wieso entwickeln wir neue Antriebssysteme? Es gibt Normen und Gesetze die einzuhalten sind CENELEC (Europäisches Komitee für elektr.normierung) in Brüssel Experten (Politik) ist zuständig für die europäische Normierung IEC (Internationale Elektrotechnische Kommission) in Genf Experten (Technik) erarbeiten Grundlagen zu den Normen IE2-Motoren wurden am als verbindlich eingeführt IE3-Motoren respektive IE2-Motoren mit Frequenzumrichtern werden ab als verbindlich eingestuft Seite8

9 Innovation innerhalb der Antriebstechnik Wieso entwickeln wir neue Antriebssysteme? Erfüllung der Kundenanforderungen zur Optimierung der Prozessabläufe und Verbesserung der Effizienz (COP) Durch die Entwicklung und dem Einsatz von neuen Technologien können Mehrwerte generiert und weiter ausgebaut werden 56% der Industriemotoren haben Ihren Lebenszyklus (abhängig von der Leistung, Ø15 Jahre) überschritten => Retrofit 80% der Industriemotoren sind nicht drehzahlgeregelt und werden direkt am Netz betrieben => Modernisierung Quelle = Internet, Easy Switzerland Seite9

10 MOTOR SUMMIT 2014 Inhalt: Emerson Industrial Automation Innovation innerhalb der Antriebstechnik Einsatz von neuen Technologien Antriebssysteme in der Praxis Fragen der Teilnehmer Seite10

11 Einsatz von neuen Technologien Bis 50% Energieeinsparung Festdrehzahl mit oder ohne Getriebe Variable Drehzahl mit oder ohne Getriebe Variable Drehzahl und Einsatz von neuen Technologien h Seite11

12 Einsatz von neuen Technologien Komponenten bezogen Anlagen bezogen Quelle = Internet, CEMEP Seite12

13 Einsatz von neuen Technologien Verluste Asynchronmotor: P S = vom Ständer aus dem Netz aufgenommene Wirkleistung Verluste im Ständer durch Kupferund Eisenverluste = P VCU +P VFE Verluste durch Luftspalt-, Läufer-, Reibungs- und Lüfterverluste = P VL + P VR P M = an der Welle abgegebene mechanische Leistung Verluste im Läufer verursachen ca. 30% aller Verluste P VCU P VFE P VL P VR Ständer Luftspalt Läufer P S P M Seite13

14 Einsatz von neuen Technologien Verluste PM-Synchronmotor: P S = vom Ständer aus dem Netz aufgenommene Wirkleistung Verluste im Ständer durch Kupferund Eisenverluste = P VCU +P VFE Verluste Luftspalt-, Reibungs- und Lüfterverluste = P VR P M = an der Welle abgegebene mechanische Leistung P VCU P VFE P VR Ständer Luftspalt Läufer P S P M Seite14

15 Einsatz von neuen Technologien ASYNCHRON PM-SYNCHRON Asynchron Dreht immer mit Schlupf Kann direkt am Netz starten, ein stabiler Arbeitspunkt stellt sich von selbst ein Betrieb am Frequenzumrichter möglich PM-Synchron Dreht ohne Schlupf Kann nicht direkt am Netz starten Betrieb nur mit Frequenzumrichter möglich Seite15

16 Einsatz von neuen Technologien ASYNCHRON PM-SYNCHRON Asynchron 2-polig PM-Synchron min-1 Typ: LSES315 2P 110kW IMB3 Baugrösse 315 Gewicht 447 kg Typ: LSRPM kW IMB3 Baugrösse 225 Gewicht 195 kg Seite16

17 Einsatz von neuen Technologien Im allgemeinen gelten die in den Katalogen angegebenen Wirkungsgrade für Asynchronmotoren gemessen am sinusförmigen Netz bei Nenndrehzahl Die vom Frequenzumrichter erzeugten Spannungs- und Stromwellen sind nicht sinusförmig. Die Speisung über einen Frequenzumrichter induziert daher zusätzliche Verluste im Motor. Gemäss der Norm werden diese auf ca. 20% der Gesamtverluste geschätzt, was sich direkt auf den "gestempelten" Wirkungsgrad des Motors auswirkt. Seite17

18 Einsatz von neuen Technologien Wirkungsgrade beim Synchronmotor gelten für die Speisung über den FU Für den Vergleich zum Asynchronmotor, muss der Wirkungsgrad korrigiert werden ƞ1= Wirkungsgrad des Asynchronmotors 200 kw, 2-polig, an einem 50-Hz-Netz = 96 % ƞ2 =Wirkungsgrad desselben Asynchronmotors bei Speisung über Frequenzumrichter mit 50 Hz = 95.2% Umrechnungsformel: ƞ2 1 (1- ƞ1) x 1,2 Seite18

19 Einsatz von neuen Technologien Vergleich variable Drehzahl bei konstanter Last. Motor = 160kW, 2P Seite19

20 MOTOR SUMMIT 2014 Inhalt: Emerson Industrial Automation Innovation innerhalb der Antriebstechnik Einsatz von neuen Technologien Antriebssysteme in der Praxis Fragen der Teilnehmer Seite20

21 Antriebssysteme in der Praxis Beispiel: Schlauchpumpe Originallösung: Pumpe-Getriebe-Motor-Riemenantrieb auf einem Rahmen mit Kupplung montiert Lösung mit Motorkombination: Pumpe direkt an den Getriebemotor mit integriertem Umrichter bis 11 kw angeflanscht Vorteile für den Kunden: Einsparungen: Wegfall des Riemenantriebs und der Kupplung Energieeinsparungen: Keine Verluste mehr durch Riemenantrieb, Einsatz variabler Drehzahlen Kompaktes Design Rationalisierung der Pumpenreihe Seite21

22 Antriebssysteme in der Praxis Beispiel: Kies-Spüleinheit Originallösung: Kreiselpumpe Durchsatzregelung über Ventil Installierte Leistung: 110 kw Durchsatz: 580 m 3 /h Betriebsdruck: 5,2 bar Betrieb: 24 Stunden Lösung mit variabler Drehzahl: Ersetzen der mechanischen Regelung durch einen Frequenzumrichter Druckregelung über PID-Regler Seite22

23 Antriebssysteme in der Praxis Originallösung: Beispiel: Belüftung Turbinenlüfter, warme Luft zum Trocknen des Kalks Installierte Leistung: 200 kw Mittlerer Durchsatz: m 3 /h Regelung des Durchsatzes über Klappen Lösung mit PM-Synchronmotor und Umrichter: MDS 220T LSRPM 315 SP Einsparungen beim: Gasverbrauch durch angepasste Regelung des Luftstroms Wirk- und Blindleistung Seite23

24 Antriebssysteme in der Praxis Beispiel: Kompressor: 70% der elektrischen Energie werden in der Lebensmittelbranche durch die Kälteanlagen verbraucht Komplette Erneuerung einer Kälteanlage (5 NH3_Kälteverdichter) Die Verdichter werden durch effizientere Permanentmagnetmotoren mit hohen Wirkungsgrad angetrieben Die Lastregulierung findet mit den Frequenzumrichtern statt. Seite24

25 Antriebssysteme in der Praxis Beispiel: Kompressor Kältekompressor Leistungs- und Effizienzerhöhung durch Ersetzen von 2 x 300 kw / 3000 U min -1 IP-23 Asynchronmotoren durch: 1x LSRPM 315 SP 390 kw / 3600 U min -1 Synchronmotor mit Permanentmagneterregung Seite25

26 Antriebssysteme in der Praxis Beispiel: Förderband Originallösung: Funktion: 10 h / Tag, 250 Tage / Jahr Direktes Einschalten Drehstrom-Asynchronmotor IE1 45 kw Kraftübertragung mittels Riemenantrieb Aufsteckgetriebe Schaffung einer Lösung mit variabler Drehzahl und PM Synchronmotor Universeller Frequenzumrichter Verringerung des Gewichts an der Anlage Optimierung der Installationskosten Einsparungen bei Verbrauch, Installation und Wartung Seite26

27 Antriebssysteme in der Praxis Weitere Beispiele: bis zu 40 % Stromeinsparung Reduzierung der Abmessungen und des Gesamtgewichts der Maschine Seite27

28 Antriebssysteme in der Praxis Mehrere Praxisbeispiele und Tipps finden Sie auf der Homepage Bedenken Sie beim Kauf eines neuen Elektromotors: Der Motorstrom kostet 100-mal mehr als der Motor selbst Die Investition in einen effizienten Motor zahlt sich garantiert aus Massnahmen lohnen sich! Bei vielen Elektromotoren lassen sich 20% bis 30% der Energiekosten einsparen. Mit einer Grobanalyse finden Sie heraus, wie hoch das Einsparpotenzial in Ihrem Betrieb ist Quelle = Internet, topmotors.ch Seite28

29 MOTOR SUMMIT 2014 Inhalt: Emerson Industrial Automation Innovation innerhalb der Antriebstechnik Einsatz von neuen Technologien Antriebssysteme in der Praxis Fragen der Teilnehmer Seite29

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Seite30

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