IE4 Super-Premium-Wirkungsgrad Norm-Motoren Synchron Technologie. Serie MPM 1,1kW bis 30,0kW

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1 IE4 Super-Premium-Wirkungsgrad Norm-Motoren Synchron Technologie Serie MPM 1,1kW bis 30,0kW 1

2 2 MPM Motoren sind die LED`s der Antriebstechnik! Komponenten des Antriebssystems: 3 Phasen VAC Sollwert Umrichter Inverter! Frequenzumrichter: Norm-Motor: Sensorless Vector Control Synchron-Motor nach IE4 3 x 400 VAC U/min. (6-polig) Hersteller unabhängig! 1,1kW 30,0kW

3 3 Grundlage des Motorkonzeptes, Zielformulierung: 1. Energie sparen durch Halbierung der Motor Verluste bei Nennleistung und Teillast im Dauerbetrieb. 2. Minimierung der Motor Grundstoffe (CU, AL, FE, PM) bei dem Konzept des Motoraufbaues. Weniger Grundstoffe verwenden, bedeutet weitere Energie Einsparung bei Produktion und Entsorgung des Materials. 3. Deutliche Erweiterung der Funktionalität des gesamten Antriebes durch intelligente Nutzung moderner Umrichter Technologie. 4-Quadranten Betrieb motorisch/generatorisch und gute Regeleigenschaften. 4. Verwendung von Komponenten und Maschinen aus vorhandener Großserien - Produktion zur Kostenoptimierung. Die genannten Eckpunkte orientieren sich an den Anforderungen der Industrie. Sie sind für mobilen Einsatz (z. B. PKW) nicht vergleichbar.

4 4 Ziel erreichen durch strukturiertes Motor-Konzept! Technologie: Die Performance Daten der Asynchron-Technik sind durch Großserien, Fertigungsmethoden und Materialauswahl hinreichend bekannt. Der Normung, auch nach EN und -31 weitgehend technisch und formal, Rahmen gesetzt. In der DIN IEC/TS von Juni 2014 (Entwurf) sind IE4 Zieldaten genannt, die es zu erreichen oder zu übertreffen gilt. Nach intensivem Vergleich von technischen Daten, Gewicht, Abmessungen, Material- und Produktionskosten gab es ein klare Ergebnis: Synchron-Motor mit vergrabenen Permanent Magneten im Rotor (IPM Interior Permanent Magnet Motor) Ziel nicht erreichbar: Auch durch beste Materialqualität gesteigerte Asynchron-Motoren, Reluktanzmotoren mit und ohne Magnete, wie auch Synchron-Motoren mit Anlaufwicklung (Line Start), sie schaffen nicht die Summe der angestrebten Ziele.

5 5 Moderne Umrichter mit Sensorless Vector Control In den zurück liegenden ca. 5 Jahren stiegen die Prozessorleistungen bei Geschwindigkeit und Speicherkapazität sprunghaft. Parallel dazu verlangten Anwender mit anspruchsvollen Applikationen, aber unterhalb der Servoantriebe, Norm-Motoren mit hoher Standfestigkeit, Energieeinsparung, günstige Preise und mehr Funktionalität. Motoren ohne Rückführeinheit (z. B. Tacho, Encoder, Resolver ) sind robust und um den Preis der Rückführeinheit preiswerter. Schon seit ca. 30 Jahren liefern Forschungsprojekte für Sensorless sehr gute Funktionalität, es wurden bis heute erreicht: 1. Wirkungsgrad bis 96,5% 2. Drehzahl Regelung RPM 3. Strom/Drehmoment Regelung 4. Regelung im Stillstand 5. 4 Q Betrieb 6. Generatorbetrieb mit Wirkungsgrad ca. 92% Strom- oder Spannungswelligkeit bilden das Feedback für Rotorlage und Geschwindigkeit!

6 6 Unterschiedliche magnetisch/elektrische Verfahren sind in Gebrauch: Symetrische Induktivität Asymetrische Induktivität Magnete auf Rotor Oberfläche SPM Motor Ld = Induktivität d-achse Lq = Induktivität q-achse Magnete vergraben im Rotor IPM Motor (Kurzbezeichnung) (buried in rotor)

7 7 Hochfrequenz Injektionsmethode Die komfortabelste Möglichkeit für den Sensor Ersatz Im individuellen Frequenzbereich von 100 bis 700 Hz (auch MHz) erhält der Stator diese Injektion. Während der Rotordrehung misst das Messignal die unterschiedlichen Induktivitäten und ermittelt so Rotorposition und Drehzahl. Hinweis: Diese Methode arbeitet nur bei vergrabenen Magneten im Rotor. Bemerkenswert für die Applikation ist die höhere messtechnische Auflösung der Rotor Drehung. Noch wichtiger: Beim Start des Umrichters weiß dieser sofort die Position des Rotors und pendelt nicht nach dem Einschalten suchend, die geeignete Position durch pendeln nach rechts und links.

8 8 Der Reluktanz Motor Das Prinzip des Reluktanzmotors ist schon sehr lange bekannt. Zu Beginn des elektrischen Motorzeitalters wurde er z.b. in Waschmaschinen als Trommelantrieb eingesetzt. Seit 2012 bieten Hersteller diesen Motor als IE4 Version mit dem Trend zum Energiesparen an. Hier ist das Blech des Rotors mit eingesetzten Magneten dargestellt. So wird er in den mobilen Hybrid und rein elektrisch fahrenden PKW eingesetzt. Andere Hersteller in der Industrie arbeitet mit und ohne Magnete, weitere Versionen sollen in Vorbereitung sein. Ein Reluktanzmotor ist ohne Magnete groß und schwer und nur mit wenig optimalem Wirkungsgrad ausgestattet.

9 9 Beste Performance durch den Rotor! Der mechanische Aufbau stellt Langlebigkeit, zeitstabile Auswuchtung und Eignung für dauerhaft hohe Drehzahlen sicher. Magnete aus NdFeB und gute Blechqualität sind die Voraussetzung für die erstklassigen Parameter der Motoren.

10 10 MPM Motoren sind die LED`s der Antriebstechnik Spitzen Technology zeigt sich an Zahlen: Norm-Motoren in Synchrontechnik, ƞ bis 96,5% cos φ ca. 0,98 Drehmoment konstant von U/min. Asynchron mit 15kW bei RPM: ca. 100kg schwerer als Synchron-Technik Generatorbetrieb mit ca. 92% Wirkungsgrad 4 MPM Motoren ersetzen ca. 50 Asynchron-Typen, enorme Logistikvereinfachung und Einsparung Motortyp Serie MPM Synchron Technik* Motortyp IE3 Asynchron Technik** Motortyp IE4 Reluktanz Technik** Leistung kw Baugröße Gewicht kg Leistung kw Baugröße Gewicht kg Leistung kw Baugröße Gewicht kg 4, , ,5 5, ,8 90L 20 7,5 132S 50 7,5 132S 47 16, L S 80 30,0 132M LA 241

11 11 Wir unterstützen Forschung Universität Wuppertal Lehrstuhl für elektrische Maschinen und Antriebe

12 12 Darstellung Motor Parameter durch Kurvenschar Interpretation A: Motorleistung errechnet sich aus Dreh-moment und Drehzahl: Md[Nm] x n[u/min] : 9550 = N[kW] Von 0 bis ca U/min ist die Kühlung durch Eigenbelüftung etwas geringer. Darum reduziert sich etwas das S1 Nenn-moment in diesem Bereich. Konstantes S1 Moment ab U/min erhöht proportional zu n die Leistung. Nennmoment und Nennleistung gelten bei 45 C Umgebungstemperatur. MPM 16 liefert 16kW bei U/min. MPM 30 liefert 30kW bei U/min.

13 13 Wirkungsgrad besser als IE4 Nach DIN IEC/TS (Vornorm) Interpretation B: In sinnvoller Weise werden auch in der IEC für ƞ eine Kurvenschar angegeben. Oft werden die Antriebe variierend zwischen und U/min. betrieben. Erst das Integral unter einer Wirkungsgrad- kurve zeigt die echte Leistungsfähigkeit der MPM Motoren. Konstantes Drehmoment von bis U/min. ist das Optimum für nahezu jede Applikation in Verbindung mit einem geeigneten Umrichter. Wirkungsgrade können in Abhängigkeit von Umrichtern und Prüfstand variieren.

14 14 Die Merkes GmbH dankt Ihnen für Ihr Interesse. Für Rückfragen stehen wir gerne zur Verfügung. Merkes GmbH Holzkamper Weg 19 D Solingen T: info@merkes.de / /