Hocheffiziente Antriebssysteme für Pumpen und Kompressoren Effizienz-Faktor zehn

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1 Presseinformation Hocheffiziente Antriebssysteme für Pumpen und Kompressoren Effizienz-Faktor zehn A-Linz/D-Eschborn, Frequenzumrichter werden längst in Pumpen und Kompressoren eingesetzt. Mit gutem Grund: Die elektronische Regelung der Motor-Drehzahl hilft, Energie einzusparen und Materialverschleiß zu verringern. Entsprechende Vorgaben finden sich deshalb auch in gesetzlichen Vorschriften wie der europäischen ErP-Richtlinie. Frequenzumrichter regeln elektronisch die Drehzahl von Asynchron- und Permanentmagnet-Motoren. In Pumpen und Kompressoren eröffnen sie damit Effizienzpotenziale, nicht zuletzt auch, wenn sie mit wechselnder Last laufen. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich auch die europäische ErP-Richtlinie (Energyrelated Products), teils Ökodesign-Richtlinie genannt (2005/32/EC und 2009/125/EG), mit dem Einsatz von Frequenzumrichtern. Sie wurde 2005 von der Europäischen Kommission verabschiedet, um die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte auf EU-Ebene zu regeln. In den zwei ersten Arbeitsphasen wurden vorrangig Anforderungen an die Effizienz einzelner Produkte definiert. So haben aus der ErP-Richtlinie resultierende Mandate dazu geführt, dass seit 2011 nur Motoren der Effizienzklasse IE2 oder besser in Verkehr gebracht werden dürfen. Seit Anfang 2015 müssen Motoren mit einer Nennleistung von 7,5 kw bis 375 kw der Effizienzklasse IE3 genügen oder mit einem Frequenzumrichter angesteuert werden. Hocheffiziente Permanent-Magnet-Motoren Heute sind Permanentmagnet-Motoren (PM-Motoren) verfügbar, die über die IE3 hinaus die Anforderungen der höchsten Effizienzklasse IE4 (Super Premium Efficiency Class) erreichen oder übertreffen. Damit treiben sie die Möglichkeiten

2 zur energetischen Optimierung von Pumpen voran. Für Hersteller und Anwender von Pumpen bringt der Einsatz von IE4-Motoren also entscheidende Markt- und Wettbewerbsvorteile und ein hohes Maß an Zukunftssicherheit. Ein aktuelles Beispiel ist der Permanentmagnet-Motor SPRiPM (Super Premium IPM Motor, gesprochen wie englisch Supreme ) von Yaskawa. Dieser Hocheffizienz-Motor wird zusammen mit einem Frequenzumrichter V1000 oder A1000 als leistungsfähiges und technisch einheitliches Antriebspaket angeboten. In der Umrichter-Software sind die motorspezifischen Parameter bereits integriert. Der Anlagenbauer muss das Motor-Umrichter-Paket also nur noch anschließen. Über die besondere Energieeffizienz hinaus zeichnet sich der SPRiPM durch sein extrem kompaktes Design aus. PM-Motoren sind schon konstruktionsbedingt deutlich kleiner und leichter als ein vergleichbarer Asynchronmotor. Bei der Neuentwicklung konnten die Abmessungen nochmals reduziert werden, sodass der neue Motor bis zu 40 Prozent kleiner ist als ein entsprechender Asynchronmotor. Dies entspricht einer zwei Standardgrößen kleineren Rahmen- Abmessung. Zudem hat der SPRiPM ein um 50 Prozent geringeres Gewicht und 60 Prozent weniger Massenträgheit als ein Asynchronmotor. Das bedeutet: eine um 60 Prozent schnellere Anlauf- und Auslaufzeit. Bei Anwendungen mit variablem Drehmoment eben auch bei Pumpen bringt eine spezielle Funktion Fliegender Start positive Effekte: Bei einem Stromausfall zum Beispiel dreht die Pumpe noch nach. SPRiPM und V1000 bzw. A1000 erfassen die Geschwindigkeit und erlauben so ein optimales Wiederanfahren. Effizienz braucht Regeln Die Angabe der Effizienzklasse bezieht sich immer auf den Nennbetriebspunkt eines Motors. Unterhalb des Nennbetriebspunktes, im Teillastbereich, ist die Effizienz des Motors stets geringer. Wie schnell die Effizienz abnimmt, hängt maßgeblich von der Konstruktion und der Topologie des Motors ab. Im Vergleich zum Asynchronmotor sind gute PM-Motoren gerade im Teillastbereich deutlich effizienter. Zudem weisen die Motoren außerhalb ihres Nennbetriebspunktes unterschiedliche Wirkungsgrade auf. So ist es durchaus möglich, dass ein ist es möglich, Motoren

3 so auf seinen einen Nennpunkt zu optimiert ist, so dass er als der Branchenbeste erscheint, obwohl er außerhalb des Nennpunktes eher schlechte Wirkungsgrade erreicht. Bisher ist dies für den Verbraucher im Vorfeld nicht zu erkennen. Die seit Herbst Ende 2014 geltende veröffentlichte Europäische Norm EN definiert deshalb acht Arbeitspunkte, für die die Hersteller von Motoren die Verluste anzugeben haben. Für den Verbraucher wird damit die Effizienz des Motors außerhalb des Nennbetriebspunktes transparent und vergleichbar. Und die Daten ermöglichen erstmals dem Systemintegrator (z.b. ein Pumpenhersteller) können mit den entsprechenden Daten den Wirkungsgrad ihrer Anlage (Pumpe) in jedem beliebigen Betriebspunkt nachvollziehbar zu berechnen. und ihre Anlagen optimieren. Im Zuge der 2015 begonnenen dritten Phase der ErP-Richtlinie gewinnt der dort formulierte erweiterte Produktansatz an Bedeutung. Damit zählt nicht allein der Effizienzgrad der einzelnen Komponente, sondern die Systemeffizienz der gesamten Anlage. In dieselbe Richtung geht die im Herbst 2014 genehmigte und veröffentlichte Europäische Norm EN 50598, die Wirkungsklassen für elektrische Antriebssysteme definiert. Die European Pump Manufacturers Association Europump geht davon aus, dass durch den erweiterten Produktansatz bzw. durch die Betrachtung des kompletten Systems mehr als zehn Mal so viel Energie eingespart werden kann wie bei einer isolierten Beurteilung einzelner Komponenten. Um die Betrachtung eines Systems zu ermöglichen, müssen sich die Zulieferer bzw. Hersteller der einzelnen Komponentenhersteller auf die Bereitstellung bestimmter Daten verständigen. Dies erfolgt etwa durch europäische oder internationale Normen. Sie definieren die Effizienzklassen sowie mathematische und messtechnische Methoden zur Ermittlung der Verluste. Auch hier gilt die EN mit den beschriebenen Wirkungsklassen. Mit der internationalen Norm IEC (Drehende elektrische Maschinen Teil 30: Wirkungsgrad-Klassifizierung von Drehstrommotoren mit Käfigläufern [ ]) wurden Effizienzklassen für Asynchronmotoren definiert. Durch die zunehmende Verbreitung anderer Drehstrommotoren ist allerdings eine Überarbeitung der Norm notwendig geworden. Im Sinne des erweiterten Produktansatzes und basierend

4 auf der EN sind zudem Normen geplant, die die Verluste oder Verlustklassen für aus Regeleinheit und Motor bestehende Antriebssysteme weiter definieren. Neben Grenzwerten beschreiben die Normen detailliert, wie die entsprechenden Werte zuverlässig gemessen bzw. berechnet werden können. Damit ermöglichen sie Vergleichbarkeit und Überprüfbarkeit der Herstellerangaben. Durch den in die Pumpen integrierten Frequenzumrichter profitiert der Anwender in mehrfacher Hinsicht: Er muss keinen separaten Umrichter anschaffen, im Schaltschrank montieren und anschließen. Gleichzeitig ist durch die optimale Anpassung von Motor und Umrichter ein energieeffizienter Betrieb sichergestellt. Über die Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen hinaus sinken damit auch die Betriebskosten. Die Integration des Umrichters bietet dem Anlagenbauer Flexibilität. Er ist dadurch unabhängiger. Die Pumpen können weltweit bei unterschiedlichen Netzspannungen und -frequenzen eingesetzt werden. Diese Argumente überzeugten auch einen namhaften Hersteller von Vakuumpumpen. Die von ihm eingebauten Frequenzumrichter setzen auf ein kompaktes Standardmodell von Yaskawa auf. Dieses wurde durch zusätzliche Hardware und Softwarefunktionen auf die Applikation abgestimmt. Fazit Der Einsatz von Antriebssystemen mit PM-Motoren und Frequenzumrichtern in Pumpen und Kompressoren bietet vielfältige Vorteile, insbesondere im Hinblick auf die Energieeffizienz. Darauf reagiert auch die europäische ErP-Richtlinie mit ihren Vorgaben. Die Voraussetzung für optimale Ergebnisse ist die exakt aufeinander abgestimmte Kombination von Umrichter und Motor. (7.700 Zeichen)

5 Autor und Kontakt für Leseranfragen: Andreas Schaufler Business Development Manager Austria YASKAWA Europe GmbH Drives + Motion Division Hafenstraße 1-3 A-4020 Linz Mobil 0043 (0) andreas.schaufler@yaskawa.eu.com Bildunterschriften: Grafik: Die EN50598 definiert insgesamt acht Arbeitspunkte, für die die Hersteller von Motoren die Verluste angeben sollen.

6 Bild 1: In diesen Vakuumpumpen werden besonders kompakte Umrichter eingesetzt, die durch zusätzliche Funktionen perfekt auf die Applikation abgestimmt sind (Quelle: Yaskawa) Bild 2: IE4-Motor und darauf abgestimmter Umrichter sind auch als bauliche Einheit verfügbar. (Quelle: Yaskawa)

7 Für weitere Informationen bzw. Bilder wenden Sie sich bitte an: YASKAWA Europe GmbH Drives + Motion Division Annette Vorreiter Hauptstraße Eschborn Telefon 0049 (0) Fax 0049 (0) Annette.Vorreiter@Yaskawa.eu.com Über YASKAWA: YASKAWA ist mit mehr als 360 Mrd. Yen Jahresumsatz ein weltweit führender Hersteller von Servoantrieben (Sigma-Serie), Frequenzumrichtern (wie A1000) und Motoman-Industrierobotern. Gegründet 1915 in Japan, ist YASKAWA seit 100 Jahren der Philosophie treu, Produkte höchster Qualität zu liefern und hat sich damit eine weltweite Spitzenposition erarbeitet. Die Geschäftsaktivitäten von YASKAWA bestehen aus Drives (Frequenzumrichtern), Motion Control (Servoantrieben, Servomotoren, Maschinensteuerungen), Robotics (Industrieroboter, Robotersysteme), System-Engineering (Mittelspannungsumrichter, Generatoren und Konverter) sowie Information Technology (Software-basierende Produkte). Seit 2012 gehört zudem die VIPA GmbH in Herzogenaurach mit dem Schwerpunkt Visualisierung und Prozessautomatisierung zu YASKAWA. Darüber hinaus wurde im Oktober 2014 das im Bereich Windkraftanlagen tätige Unternehmen The Switch Engineering Cooperation von YASKAWA übernommen. Damit ist YASKAWA weltweit eines der wenigen Unternehmen, das Komponenten und Lösungen für fast alle Branchen aus einem Haus anbieten. Mit umfangreichen Investitionen in Forschung und Entwicklung hat das Unternehmen eine Vielzahl von Erfindungen, Patenten und Innovationen hervorgebracht. Dieser technologische Anspruch hat die Geschäftsbereiche Drives & Motion und Robotics zu einer bedeutenden Marktposition in verschiedenen Industrien geführt, darunter: Maschinenbau und Anlagenbau (Verpackungsmaschinen, Pumpen/Kompressoren, Textilmaschinen, Digitaldruckmaschinen, Herstellung von Kränen und Hebezeugen, Anlagen für Halbleiter- und Elektronikfertigung, Maschinen zur Gewinnung und Bearbeitung von Holz, Glas, Metall, Steine/Erden) sowie in der Aufzugs-Industrie, im Fahrzeugbau und in der Montage- und Handhabungstechnik. Die YASKAWA Europe GmbH mit Sitz in Eschborn bei Frankfurt gliedert sich in die drei Divisionen Drives & Motion (Antriebs- und Steuerungstechnik sowie Lineartechnik), Robotics (Industrieroboter) sowie VIPA (Automatisierung und Steuerungstechnik) und betreut die Märkte Europa, Afrika, Mittlerer Osten sowie den Bereich der früheren Sowjetunion.