Herzlich willkommen Bienvenue Welcome. Verfahrensoptimierung zur Steuerung von Hochtemperaturheizelementen. Bodo Schmitt

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Karin Gerhardt
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1 Herzlich willkommen Bienvenue Welcome Verfahrensoptimierung zur Steuerung von Hochtemperaturheizelementen Bodo Schmitt

2 Unsere Welt wird immer kleiner denn wir sind überall vertreten. Mitarbeiter: Inland 481 Ausland Deutschland: 5 Niederlassungen 15 Büros Ausland: 23 Tochtergesellschaften über 40 Vertretungen

3 Regler, Steller, System- und Registriertechnik Prozesssteuerungen und Programmgeräte Automatisierungssoftware Elektronische Thermostate Sicherheits-Temperaturwächter/ -begrenzer Digitale Anzeigeinstrumente Prozessregler Registriergeräte Temperatur-Messumformer Thyristor-Leistungsschalter/ - steller Software und Zubehör 3

Sicherheits-Temperaturwächter/ -begrenzer Digitale Anzeigeinstrumente

4 Regler, Steller, System- und Registriertechnik Langjährige Erfahrung im Bereich Thyristor-Leistungsschalter Thyristor-Leistungssteller TYA 200 IPC-Leistungsumsetzer 4

5 Aufgabenstellung Vereinfachte Darstellung Ein Metallband soll durch Erwärmen ausgehärtet werden. Hierbei handelt es sich um Meterware, die durch einen elektrisch beheizten Ofen geführt wird. 5

6 Aufgabenstellung Vereinfachte Darstellung Die Anlage wird in unterschiedliche Zonen eingeteilt, mit denen ein Temperaturprofil gefahren wird. Der Ofen hat insgesamt 12 Zonen mit insgesamt 144 SIC Heizelementen und 185 KW. 6

7 Anforderungen an die Anlage Automatischer Alterungsausgleich ( SIC Heizelemente) Einsatz der Heizelemente unter extremsten Bedingungen Verzicht auf Trafo (Aufbau und logistische Kosten) Verzicht auf Blindleistungsanlage 7

Heizelemente unter extremsten Bedingungen Verzicht auf

8 Lösung Durch den Einsatz des patentierten JUMO IPC Leistungsumsetzers mit Amplitudenregelung wurden die Anforderungen erfüllt. Der Sinus wird in seiner Form und Phasenlage nicht verändert. Es wird dem Netz nur der Strom entnommen der wirklich benötigt wird Keine Stromlücken, wie bei Impulsgruppen- bzw. Phasenanschnittbetrieb Auf eine Blindleistungskompensatio ns-anlage kann gänzlich verzichtet werden. 8

Es wird dem Netz nur der Strom entnommen der wirklich benötigt wird Keine Stromlücken, wie bei

9 Oberschwingungen Harmonische 9

10 Lösung Über 12 IPC werden die 144 Heizelemente angesteuert. Regler IPC Last Stellsignal 0-100% 0 20mA 0 20mA = W Der IPC führt den Alterungsausgleich des Heizelementes automatisch durch. 10

11 IPC Leistungsumsetzer SIC Reserve (Alterungsausgleich) P= U² R Alterung R Widerstand steigt P Leistung sinkt U Spannung erhöhen Durch den Anstieg des Widerstandes über die Laufzeit hinweg, sinkt die Leistung und somit auch die Temperatur. Um diesem Trend entgegen zu wirken, muss die Spannung angehoben (ausgeglichen) werden. Für den Alterungsausgleich, den der IPC automatisch durchführt, muss eine Spannungsreserve Faktor 1,5 x der Nennspannung des SIC Heizelementes eingerechnet werden. Ist die Spannungsreserve aufgebraucht, so wird dies signalisiert und das Heizelement kann ausgewechselt werden. 11

Um diesem Trend entgegen zu wirken, muss die Spannung angehoben (ausgeglichen) werden.

12 Verteilung der IPC Steller im Drehstromsystem Netzlastoptimierung durch Amplitudenregelung kontinuierliche, gleichmäßige Stromaufnahme des IPC & symmetrischen Verteilung der Last = Geringer Anschlusswert = nachhaltig Energie gespart 12

kontinuierliche, gleichmäßige Stromaufnahme des IPC &

13 IGBT-Leistungsumsetzer IPC Vorteile durch stetige Leistungsabgabe Thyristor Leistungssteller geben in der Momentaufnahme die volle Leistung oder keine Leistung an die Heizelemente. Durch die Amplitudenregelung gibt der IPC eine gleichmäßige Leistung an die Elemente ab. Durch diesen Sachverhalt ergeben sich folgende Vorteile: Bei gleichem Steuersignal stellt sich eine stabile Temperatur der Heizelemente ein und die Maximal- Temperatur ist geringer (weniger Stress für Elemente und meist bedeutend längere Standzeiten) Kein Flickereffekt wie beim Impulsgruppenbetrieb Durch gleichmäßige Leistungsaufnahme sind kleinere Anschlusswerte ausreichend (geringere Kosten an EVU) Bedeutend weniger EMV-Störungen als beim Phasenanschnittbetrieb Kein nennenswerter Blindleistungsanteil (siehe Phasenanschnittbetrieb) 13

Durch diesen Sachverhalt ergeben sich folgende Vorteile: Bei gleichem Steuersignal stellt sich eine stabile Temperatur der Heizelemente ein und die Maximal- Temperatur ist geringer (weniger Stress

14 IGBT-Leistungsumsetzer IPC Kein Trafo bei Einsatz von Niedervolt Heizelementen Im Fall von Niedervolt Heizelementen muss bei der klassischen Arbeitsweise mit einem Transformator gearbeitet werden: L1 Primärstrom Sekundärstrom 230 VAC 60 VAC Ofen N Durch die Amplitudenregelung entfällt beim IPC der Transformator: 230 VAC L1 N Drossel Ofen 14

Transformator gearbeitet werden: L1 Primärstrom Sekundärstrom 230 VAC 60 VAC Ofen N

15 Applikationsbilder Möglicher Aufbau eines Schaltschranks 15

Berechnung der Kostenersparnis Nachstehend ein Beispiel zur Berechnung der Ersparnis bei Einsatz des IPC im Vergleich zur Phasenanschnittsteuerung mit den folgenden Werten: Gesamtleistung

16 Berechnung der Kostenersparnis Nachstehend ein Beispiel zur Berechnung der Ersparnis bei Einsatz des IPC im Vergleich zur Phasenanschnittsteuerung mit den folgenden Werten: Gesamtleistung 185kW Heizung mit 144 SIC-Heizelementen 12 IPC-Leistungsumsetzer (12 Zonen) nach Typenblatt Stromtarif: Örtlicher Stromtarif 0,012 pro kvar 31% Blindanteil frei 260 Tage/Jahr (24h/Tag) 16

Gesamtleistung 185kW Heizung mit 144 SIC-Heizelementen 12 IPC-Leistungsumsetzer (12 Zonen) nach

17 Berechnung der Kostenersparnis Berechnung für Phasenanschnittbetrieb: Phasenwinkel im ausgeregelten Zustand = ca. 57,1, phi 17,4 80% der maximalen Leistung = ausgeregelter Zustand( 12,33KW) Scheinleistung (ausgeregelter Zustand) x cos 17,4 = Wirkleistung Scheinleistung (ausgeregelter Zustand) x sin 17,4 = Blindleistung 12,333KVA x sin17,4 = 3,69kVar Hieraus ergibt sich: 3,69kVar Blindleistung x 12 Zonen = 44,26kVar 44,26kVar x 24h = 1062,2kVarh 1062,2kVarh x 260Tage = kVarh 31% davon sind frei = 85611kVarh kVarh x 0,012 = 2286 Ersparnis/Jahr bei Einsatz des IPC 17

Scheinleistung (ausgeregelter Zustand) x sin 17,4 = Blindleistung 12,333KVA x sin17,4 = 3,69kVar Hieraus ergibt sich: 3,69kVar Blindleistung x 12

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19 Auf Wiedersehen Au revoir Good Bye Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Halle 9 Stand D 06

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