High Performance Norm-Motoren in Anlehnung an die Wirkungsgradklasse IE4

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1 Handbuch High Performance Norm-Motoren in Anlehnung an die Wirkungsgradklasse IE4 Gesamtausgabe Serie MPM Kalt-Technologie steigert die Motorleistung bis zum 4-fachen Merkes GmbH Version I/14 1

2 Hier eigene Notizen Merkes GmbH Version I/14 2

3 Motoren-Handbuch Legende Version Ausgabegrund I/12 Erstausgabe II/12 Ergänzung Wellenbelastung 5.3. Wicklungsdaten S. 20 vollständig III/12 Datentabelle korrigiert, S.20 I/13 Ergänzung Lager Typen II/13 Aktualisierung/Interpretation Wicklungsdaten 7.2 III/13 Maße B14, Diagramm Teillast I/14 Drehmoment/Leistung Diagramm aktualisiert S.7 Technische Änderungen, die der Verbesserung der Motoren dienen, vorbehalten. Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil dieses Dokuments darf in irgendeiner Form (Druck, Fotokopie, Film oder einem anderen Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung der Merkes GmbH reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Merkes GmbH Version I/14 3

4 1. Inhaltsverzeichnis 1. Inhaltsverzeichnis Merkes GmbH Produktlinien Synchron Servomotoren Synchron High Performance Norm-Motoren Die drei Motoren der MPM Serie Sicherheitshinweise Wichtige Hinweise Allgemeines Über dieses Handbuch Bestimmungsgemäße Verwendung Aufbau der Motoren Auswahlkriterien Bestellschlüssel für Norm-Motoren mit permanent erregtem Rotor der Serie MPM Montage / Inbetriebnahme Bitte unbedingt beachten Allgemeines Umgebungsbedingungen Abtriebselemente Elektrische Anschlüsse Technische Daten Serie MPM 1,1kW bis 4,0kW Begriffsdefinitionen Merkes GmbH Version I/14 4

5 2. Merkes GmbH Produktlinien Seit 15 Jahren hat sich die Merkes GmbH als Anbieter von Spezialmotoren etabliert. 2.1 Synchron Servomotoren Serie MT von 0,1Nm bis 115Nm Massenträgheitsmomente für guten Gleichlauf. Serie MH von 0,27Nm bis 27,3Nm hohe Dynamik, hohe Energiedichte, 10polig und Polwickeltechnik. Serie MN von 0,28Nm bis 60Nm dynamisch und mit hoher Automatisierung gefertigt. Alle Servomotoren sind mit einer Vielzahl von Optionen lieferbar: Passfeder, Haltebremse, Resolver, ca. 50 verschiedene Encoder 2.2 Synchron High Performance Norm-Motoren In Anlehnung an EN mit permanentmagnetischem Rotor ohne Rückführeinheit. Konzipiert zum Betrieb in Y/ Dreieckschaltung an einem Frequenzumrichter mit einer Versorgungsspannung von 400VAC, der ein Sensorless-Vector-Control Regelungsverfahren bietet. Die Motoren können bis rpm im Dauerbetrieb S1 gefahren werden Erläuterung zur strategisch geringen Typenvielfalt der Motoren. Der klassische Norm-Motor nach EN besteht bis zu seiner technisch verbesserten Form in der Wirkungsgradklasse IE 3 aus einem Asynchronmotor. Viele Millionen dieser Motoren wurden und werden noch gebaut und verkauft. Sie erfüllen mit günstigen Produktionskosten und großer Zuverlässigkeit wichtige Standard-Aufgaben. Bei kleineren Motorleistungen werden sie direkt am Netz betrieben, größere Motoren erhalten Anlaufschaltungen oder Frequenzumrichter. Beim Betrieb an Standard-Versorgungsnetzen von z. B. 3 x 400 VAC erfolgt die Anpassung an unterschiedliche Soll-Drehzahlen über: unterschiedliche Polzahlen z.b. ( ) ( rpm) Getriebeunter- oder -übersetzungen Frequenzumrichter Prinzipiell bedeuten: unterschiedliche Polzahlen logistisch unterschiedliche Motoren Getriebe zusätzliche Kosten und Wartung Merkes GmbH Version I/14 5

6 Mit der Einführung der IE 4 Wirkungsgradklasse in der Norm EN schreibt der Gesetzgeber eine erneute Reduzierung der Verluste in Normmotoren vor, um weitere kostbare Energie, die bei der Wandlung von elektrischer in mechanischer verloren geht, einzusparen. Nach dem heutigen Stand der Technik lässt sich anhand neuer Materialien, vorhandenem technischen Know-How und Serienerfahrung der Norm-Asynchronmotor durch Synchronmotoren ersetzen. Die Motorverlustleistung reduziert sich auf etwa die Hälfte. Die Motorenserie MPM (Merkes-Permanentmagnet-Motor) greift das physikalische Grundprinzip des Synchronmotors auf und verbindet dies mit weiteren Elementen eines bewährten Serienmotorprinzips: Permanentmagnet-Synchron-Motor o Sehr guter Motorwirkungsgrad Anlehnung an den Normentwurf EN o Motorgehäuse und Leistungsstufen der Norm-Motoren IE 4 Geeignet für Frequenzumrichter mit Software Sensorless-Vector-Control o Vielfältige Funktionserweiterung wie Drehmomentregelung Drehzahlregelung Keine Rückführeinheit notwendig o Teilweise Positionierfunktion Programmierbare Beschleunigungs- und Verzögerungsrampen Drehzahl- und Leistungsanpassung an aktuelle Lasterfordernisse (Pumpen, Lüfter ) Platz- und Kostenersparnis o Die Signaldetektion der Sensorless-Vector-Control reicht in ihrer Genauigkeit und Bandbreite für viele Applikationen völlig aus. Belüftung an der B-Seite o Ein Lüfterrad auf der Welle nach Norm steigert die Motorleistung bis zum 4-fachen. Wirkungsgrad Steigerung bis 98 % o cos φ bis 0,98 o Energieoptimal Stromoptimal Die Kalt-Technologie ermöglicht eine besonders günstige Drehmoment-Kennlinie Eine Vielzahl von einzelnen Maßnahmen geben den Motoren eine konstante Drehmoment-Kennlinie! Als Maßnahmen seien erwähnt: Optimales Konzept des magnetischen Kreises Motorpolzahl Lüfter-Rad Gegen-EMK Werte Merkes GmbH Version I/14 6

7 Die Abbildung 1 zeigt die Drehmoment- sowie Leistungs-Kennlinien für den 1,1kW, den 2,2kW und den 4,0kW Motor. Die durchgezogenen Linien stellen jeweils den Verlauf des Drehmomentes und die gestrichelten Linien den Verlauf der Leistung des entsprechenden Motors dar. Abbildung 1: Darstellung der Drehmoment- und Leistungs-Kennlinien der MPM-Serie Die im -geschalteten Maschinen liefern an der Abtriebswelle zu jeder Drehzahl zwischen und U/min bei annähernd gleicher Wicklungstemperatur das Bemessungsmoment. Die Motoren können auch im Y-geschaltet werden, dabei sinkt die maximal mögliche Drehzahl auf die Hälfte ab. Der Nennstrom reduziert sich ebenfalls, wodurch ein Frequenzumrichter niedrigerer Leistungsklasse verwendet werden kann. Über die Standard- Leistungsformel: ergibt sich bei konstantem Drehmoment mit steigender Drehzahl die steigende Leistung. (1) Ein Motor mit der Baugröße eines 4,0kW Typs leistet beispielsweise bei 4.000min -1 problemlos 16,0kW bei Belastung mit dem Bemessungsmoment! Merkes GmbH Version I/14 7

8 Die Abbildung 2 zeigt den Verlauf des Wirkungsgrads über der Drehzahl der drei Motoren mit 1,1kW, 2,2kW und 4,0kW bei Abgabe des Bemessungsmoments. Die Darstellung lehnt sich an den Entwurf zur Norm EN an. Abbildung 2: Darstellung der Wirkungsgrade bei Belastung der MPM-Serie mit dem Bemessungsmoment (Die Typenschildangaben sind 50 Hz Werte) Abbildung 3: Darstellung der Wirkungsgrade im Teillastbereich für den MPM 2,2kW Motor Die enormen Vorzüge der Motor- und Umrichter Kombination zeigen sich im Teillastbereich. Geschätzt laufen 75% aller Norm Motorapplikationen mit weniger als der Bemessungsleistung also im Teillastbereich. Dabei werden die Vorzüge des MPM Motors erst richtig deutlich. Hier liegen alle Drehmomente von 40% bis 80% des Bemessungsmomentes bei 90% bis 92% Wirkungsgrad. Merkes GmbH Version I/14 8

9 2.3 Die drei Motoren der MPM Serie Serie MPM 1,1kW Drehzahl min-1 Schaltung bei 1.000min -1 : Drehmoment 10,5Nm mechanische Leistung von 1,1kW bei 2.000min -1 : Drehmoment 10,5Nm mechanische Leistung von 2,2kW bei 3.000min -1 : Drehmoment 10,5Nm mechanische Leistung von 3,3kW bei 4.000min -1 : Drehmoment 10,5Nm mechanische Leistung von 4,4kW Serie MPM 2,2kW Drehzahl min-1 Schaltung bei 1.000min -1 : Drehmoment 21Nm mechanische Leistung von 2,2kW bei 2.000min -1 : Drehmoment 21Nm mechanische Leistung von 4,4kW bei 3.000min -1 : Drehmoment 21Nm mechanische Leistung von 6,6kW bei 4.000min -1 : Drehmoment 21Nm mechanische Leistung von 8,8kW Serie MPM 4,0kW Drehzahl min-1 Schaltung bei 1.000min -1 : Drehmoment 38,2Nm mechanische Leistung von 4,0kW bei 2.000min -1 : Drehmoment 38,2Nm mechanische Leistung von 8,0kW bei 3.000min -1 : Drehmoment 38,2Nm mechanische Leistung von 12,0kW bei 4.000min -1 : Drehmoment 38,2Nm mechanische Leistung von 16,0kW Ein Betrieb in Y Sternschaltung ist auch möglich, allerdings ist der Drehzahlstellbereich bei der Verwendung eines Frequenzumrichters mit einer Versorgungsspannung von 400VAC auf maximal 2000min -1 begrenzt. Die bekannten Drehmomente und die in Abhängigkeit der Drehzahl abgegebene mechanische Leistung, definiert durch Gleichung (1), bleiben gleich. Die im Dauerbetrieb zugelassene Drehzahl S1 beträgt 4.000min -1. Eine Schaltung der Wicklungsstränge im Stern bewirkt einen um den Faktor 1,73 reduzierten Phasenstrom bei gleichzeitiger Erhöhung der benötigten Phasenspannung um denselben Faktor. Die aufgenommene elektrische Wirkleistung ist bei beiden Verschaltungsarten bis zu einer Drehzahl von 2000min -1 identisch. Es ergeben sich für die Y Sternschaltung die folgenden Werte: Serie MPM 1,1kW Drehzahl min-1 Y Schaltung bei 1.000min -1 : Drehmoment 10,5Nm mechanische Leistung von 1,1kW bei 2.000min -1 : Drehmoment 10,5Nm mechanische Leistung von 2,2kW ab 2.000min -1 : Drehmoment < 10,5Nm mechanische Leistung kleiner 2,2kW Serie MPM 2,2kW Drehzahl min-1 Y Schaltung bei 1.000min -1 : Drehmoment 21Nm mechanische Leistung von 2,2kW bei 2.000min -1 : Drehmoment 21Nm mechanische Leistung von 4,4kW ab 2.000min -1 : Drehmoment < 21Nm mechanische Leistung kleiner 4,4kW Serie MPM 4,0kW Drehzahl min-1 Y Schaltung bei 1.000min -1 : Drehmoment 38,2Nm mechanische Leistung von 4,0kW bei 2.000min -1 : Drehmoment 38,2Nm mechanische Leistung von 8,0kW ab 2.000min -1 : Drehmoment < 38,2Nm mechanische Leistung kleiner 8,0kW Merkes GmbH Version I/14 9

10 Geeignete Anwendungen: Alle klassischen Anwendungen der bisherigen Normmotoren sind geeignet, aber auch Applikationen die zusätzliche Funktionen benötigen und natürlich Dauerläufer mit langer Einschaltdauer oder Teillastbetrieb. Applikationsbeispiele: Pumpen, Kompressoren oder Ventilatoren. Je länger die Betriebsdauer im Jahr mit 100 % Nennlast oder im Teillastbetrieb, umso schneller sind die Amortisationszeiten erreicht. Entsprechende Rechenprogramme weisen in der Regel auf Zeiten, die geringer als ein Jahr betragen. Interessant sind auch die Auswirkungen des ausgezeichneten cos φ. Bei lokalen Netzen mit Kompensation verringert sich der Aufwand. Bei langen Stichleitungen mit Spannungsabfall muss deutlich weniger Strom transportiert werden und/oder die Leitungslängen können reduziert werden. 3. Sicherheitshinweise Alle Arbeiten zum Transport, Anschluss, zur Inbetriebnahme und Installation dürfen nur von geschultem und qualifiziertem Fachpersonal ausgeführt werden. Dabei muss es folgende Normen bzw. Richtlinien kennen und beachten: DIN VDE 0105, IEC 364, Unfallverhütungsvorschriften Unsachgemäßes Verhalten kann schwere Personen- und Sachschäden verursachen. Die Maschinen entsprechen den Normen IEC/EN Lesen Sie vor der Montage und Inbetriebnahme die vorliegende Dokumentation. Halten Sie die Angaben zu den Anschlussbedingungen (Typenschild und Dokumentation) und die technischen Daten ein. Stellen Sie eine ordnungsgemäße, niederohmige Erdung des Motorgehäuses mit dem PE-Bezugspotential im Schaltschrank sicher, da sonst keine personelle Sicherheit gewährleistet ist. Treffen Sie geeignete Maßnahmen, dass unvorhergesehene Bewegungen nicht zu Schäden an Personen oder Sachen führen können. Leistungsanschlüsse können auch dann Spannung führen, wenn der Motor steht. Lösen oder ziehen Sie keine Anschlussstecker während des Betriebs oder unter Spannung. Es können Lichtbögen entstehen und Personen und Kontakte schädigen. An den Motoren können Oberflächentemperaturen von über 100 C auftreten. Sorgen Sie dafür, dass dort keine temperaturempfindlichen Teile anliegen oder befestigt werden. Eventuell sind Schutzmaßnahmen gegen Berühren vorzusehen. Beachten Sie weitere Sicherheitshinweise in der Bedienungsanleitung, die jedem Motor bei liegt. Merkes GmbH Version I/14 10

11 In diesem Handbuch verwendete Symbole Allgemeine Warnung Gefährdung durch Elektrizität Bedeutung: Leichte Körperverletzungen und Sachschäden können auftreten, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden. Bedeutung: Tod, schwere Körperverletzung oder erheblicher Sachschaden können auftreten, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden. Merkes GmbH Version I/14 11

12 4. Wichtige Hinweise Die Norm-Motoren der Serie MPM sind Präzisionsmotoren. Sie sind nicht für einen direkten Anschluss an das Drehstromnetz vorgesehen, sie müssen an einem Frequenzumrichter, der ein Sensorless-Vector-Control Regelungsverfahren für permanent erregte Synchronmaschinen besitzt, betrieben werden. Ein direkter Netzanschluss führt zur Zerstörung des Motors. Zum Aufziehen von spielfreien, reibschlüssigen Abtriebselementen benutzen Sie unbedingt das vorgesehene Anzugsgewinde in der Motorwelle und erwärmen Sie, sofern möglich, die Abtriebselemente. Das Aufziehen der Abtriebselemente darf nur mit geeigneten Hilfsmitteln erfolgen. Vermeiden Sie harte Schläge oder Stöße auf den Motorflansch und die Motorwelle. Achten Sie auf korrektes Ausrichten der Kupplung. Beachten Sie die Hinweise des Kupplungsherstellers. Ein Versatz führt zu unzulässigen Vibrationen und zur Zerstörung von Kugellagern und Kupplung. Beachten Sie bei Anwendung von Zahnriemen unbedingt die zulässigen Radialkräfte. Zu hohe Radialbelastung der Welle verkürzt die Lebensdauer des Motors erheblich. Stellen Sie in dem Frequenzumrichter unbedingt die korrekte Motorpolzahl ein. Eine fehlerhafte Einstellung kann zur Zerstörung des Motors und Überhitzung führen. 5. Allgemeines 5.1 Über dieses Handbuch Dieses Handbuch beschreibt die Synchron High Performance Norm-Motoren mit permanent erregtem Rotor der Serie MPM und richtet sich an Fachpersonal mit Kenntnissen in den Bereichen Elektrotechnik und Maschinenbau. Die Norm- Motoren werden zusammen mit den entsprechenden Frequenzumrichtern betrieben. Beachten Sie daher auch unbedingt die Dokumentationen des Frequenzumrichters. 5.2 Bestimmungsgemäße Verwendung Die Synchron High Performance Norm-Motoren der Serien MPM sind ausschließlich zum Betrieb an Frequenzumrichter konzipiert. Der direkte Betrieb am Netz führt zur sofortigen Zerstörung des Motors. Sie dürfen die Motoren nur unter Berücksichtigung der in dieser Dokumentation definierten Umgebungsbedingungen betreiben. Die Motoren werden als Bauteile in Maschinen eingebaut und dürfen nur als integrierte Bauteile einer Anlage in Betrieb genommen werden. Ein in die Motorwicklung eingebautes Thermoschutzelement muss, wenn vorhanden, ausgewertet und überwacht werden. 5.3 Aufbau der Motoren Die Synchron High Performance Norm-Motoren der Serien MPM sind bürstenlose permanenterregte Synchronmotoren mit Gegen-EMK. Sie besitzen vergrabene Permanentmagnete im Rotor. Im Stator ist eine dreiphasige Wicklung untergebracht, die in Stern- oder Dreieckschaltung verschaltet werden kann und durch einen Frequenzumrichter versorgt wird. Der Motor besitzt keine Bürsten, die Kommutierung wird elektronisch im entsprechenden Frequenzumrichter vorgenommen. Auf der B-Seite der Welle ist ein Lüfterrad montiert, das für eine drehzahlabhängige Kühlung der Motoren sorgt. Merkes GmbH Version I/14 12

13 5.3.1 Wellenende A - Seite Die Kraftübertragung erfolgt über das zylindrische Wellenende A. Beachten Sie, dass sehr hohe Radialkräfte auftreten, wenn die Motoren über Ritzel oder Zahnriemen antreiben. Die zugelassenen Werte am Wellenende sind abhängig von der Drehzahl. Die Maximalwerte bei 4.000min -1 finden Sie in der Tabelle 1. Bei Kraftangriff an der Mitte des freien Wellenendes kann F R 10% größer sein. Als ideale Kupplungselemente haben sich doppelkonische Spannzangen eventuell in Verbindung mit Metallbalg- Kupplungen bewährt. Tabelle 1: Zulässige Lagerbelastungen Welle A-Seite Motortyp FRmax [N] FAmax [N] FRmax [N]+FAmax [N] MPM-1, MPM-2, MPM-4, Motortyp Lager Typ A-Seite Lager Typ B-Seite Bemerkung: MPM-1,1 6204ZZ 6203ZZ Bauart: MPM-2,2 6205ZZ 6204ZZ B3/B5/B14 MPM-4,0 6206ZZ 6205ZZ Alle Lager identisch L/2 FR FA L Besonderheit der Last auf Lastseite Der besondere Aufbau der MPM Motoren ermöglicht ein konstantes Drehmoment von rpm bis rpm. Die Bemessungsleistung ist bei rpm angegeben, bei der technisch möglichen 4 fachen Drehzahl ergibt sich auch die 4-fache Leistung. Damit wird z. B. aus einem 1,1 kw Motor ein 4,4 kw Motor. Bei der Motorwelle muss man beachten, dass die Welle eines 4,4 kw Motors bei der Bemessungsdrehzahl eine Welle mit deutlich größerem Durchmesser ist. Im Ergebnis: Die Merkes GmbH wollte bewusst die Leistungssteigerung des elektromagnetischen Kreises nutzbar machen. Das setzt voraus, dass der Anwender die Einschränkungen von radialen und axialen Kräften auf der Lastwelle entsprechend der Tabelle in konsequent einhält, da sonst die Garantie erlischt. Wir empfehlen auf der Abtriebsseite spielfreie formschlüssige Kupplungselemente, vermeiden Sie bei mehr als rpm Riemen oder Zahnriemen als Abtriebselemente. Merkes GmbH Version I/14 13

14 5.3.2 Schutzart (ohne Wellendichtring) Standardausführung für alle Motortypen ist: MPM 1,1kW MPM 2,2kW MPM 4,0kW IP Anschlusstechnik Die Motoren lassen sich für den Betrieb am Frequenzumrichter im Stern bzw. Dreieck verschalten. Die folgende Abbildung 3 zeigt die notwendige Wicklungsverschaltung im Klemmenkasten: U1 V1 W1 U1 V1 W1 W2 U2 V2 Dreieckschaltung W2 U2 V2 Sternschaltung Abbildung 4: mögliche Wicklungsverschaltung 5.4 Auswahlkriterien Bemessungsmoment M n [Nm] Bemessungsdrehzahl beim Bemessungsmoment n n [min -1 ] Bemessungsleistung P n [kw] Beachten Sie bei der Berechnung der erforderlichen Motoren und Frequenzumrichter die statische Last und die dynamische Belastung (Beschleunigen/Bremsen). Merkes GmbH Version I/14 14

15 5.5 Bestellschlüssel für Norm-Motoren mit permanent erregtem Rotor der Serie MPM Motortyp: MPM Leistung: o o o 1,1 = 1,1kW 2,2 = 2,2kW 4,0 = 4,0kW Option: x = in Vorbereitung Option: x = in Vorbereitung Befestigung: o B3 = Fuß o o B5 = Flansch B14 = Flansch Merkes GmbH Version I/14 15

16 6. Montage / Inbetriebnahme 6.1 Bitte unbedingt beachten: Prüfen Sie die Zuordnung von Frequenzumrichter und Motor. Vergleichen Sie Nennspannung und Nennstrom der Geräte. Führen Sie die Verdrahtung nach dem Anschlussbild in der Installations-/lnbetriebnahmeanweisung des Frequenzumrichters aus. Achten Sie auf einwandfreie Erdung von Frequenzumrichter und Motor. Verlegen Sie sämtliche Leitungen in ausreichendem Querschnitt. Legen Sie Abschirmungen großflächig (niederohmig), EMV-gerecht auf. Prüfen Sie die Einhaltung der zulässigen Radial- und Axialbelastungen FR und FA. Bei Verwendung eines Zahnriemen-Antriebs ergibt sich der minimal zulässige Durchmesser des Ritzels z. B. nach der Gleichung: d min M 0/F R x 2. Platzieren Sie die Norm-Motoren nie mit der B-Seite (Lüfterrad) direkt an der Wand. Halten Sie einen Mindestabstand von 20cm ein, ansonsten kann es aufgrund einer zu geringen Kühlleistung zur Überhitzung und zur eventuellen Zerstörung des Norm-Motors kommen. Halten Sie sich während des Betriebs strikt an die im Datenblatt genannten maximalen Strom- bzw. Spannungsgrenzen, ansonsten kann es zur Zerstörung des Motors kommen. Sollte der Motor unter Verwendung des Frequenzumrichters nicht starten, fordern Sie eine Service-Unterstützung zur Parametrierung des Frequenzumrichters an. Zur Wartung der Lager dürfen die Lagerschilde der A- und B-Seite entfernt werden. Das Herausziehen des magnetischen Rotors ist strikt untersagt. Vermeiden Sie Berührungen mit der Wicklung, da diese sonst zu Schaden kommen kann. Im Falle von Fehlern: Nehmen Sie den Motor in keinem Falle auseinander! Der magnetische Rotor wird durch starke Anziehungskräfte der Magnete in der Mitte des Stators gehalten, auch wenn die Lagerschilde entfernt sind. Ein eventueller Versuch den Rotor herauszuziehen erzeugt sehr hohe Rückstellkräfte. Die Gefahr von Unfällen und Verletzungen sind sehr groß! Im Falle von Fehlern oder Störungen fordern Sie bei der Merkes GmbH eine Service-Unterstützung an oder senden Sie den Motor zurück. Vorsicht! Lösen Sie die elektrischen Anschlüsse der Motoren nie unter Spannung. Restladungen in den Kondensatoren des Frequenzumrichters können auch bis zu 5 Minuten nach Abschalten der Netzspannung vorhanden sein. Steuer- und Leistungsanschlüsse können Spannung führen auch wenn sich der Motor nicht dreht. Merkes GmbH Version I/14 16

17 6.2. Allgemeines Vor der Inbetriebnahme bzw. der Aufstellung der Motoren überprüfen Sie die Motoren auf Transport und/oder Lagerschäden. Melden Sie uns unverzüglich eventuell beschädigte Maschinenteile sowie Korrosionsschäden an Welle oder Flansch. Der Läufer muss sich leicht von Hand drehen lassen, eine vorhandene Bremse vorher elektrisch lösen. 6.3 Umgebungsbedingungen Für den Aufstellungsort der Motoren beachten Sie die Umgebungsbedingungen wie Umgebungstemperatur: C, maximale Aufstellungshöhe: 1000m ÜNN, relative Luftfeuchtigkeit: %, nicht kondensierend. Bei Abweichung von den o.a. Umgebungsbedingungen ist eine eventuelle Leistungsreduzierung erforderlich. Die Motoren sind nicht für eine Aufstellung im Freien sowie in aggressiver oder fremdstoffbehafteter Atmosphäre geeignet. 6.4 Abtriebselemente Der Rotor des Motors wurde bei der Herstellung elektronisch gewuchtet. Bevor Sie Ihre Abtriebselemente auf das Wellenende ziehen, entfernen Sie den evtl. vorhandenen Korrosionsschutz. Verwenden Sie unbedingt geeignete Hilfsmittel für das Auf- und Abziehen der Abtriebselemente und berücksichtigen Sie die Hinweise des Herstellers der Abtriebselemente um Beschädigungen zu vermeiden. Unser Tipp: Verwenden Sie doppelkonische Spannsätze. Beim Auf- bzw. Abziehen vermeiden Sie unbedingt harte Schläge oder Stöße auf den Motorflansch und die Motorwelle. Hierdurch kann es zu Beschädigungen der Lager oder der Welle kommen Elektrische Anschlüsse Die elektrischen Anschlussarbeiten dürfen nur durch eine qualifizierte Elektrofachkraft hergestellt werden. Dabei ist vor Beginn der Arbeiten die Spannungsfreiheit der Anlage festzustellen und für die Dauer zu gewährleisten. Beachten Sie die Sicherheitsregeln der DIN VDE Der Kabelquerschnitt muss dem Nennstrom des Motors entsprechend ausgelegt werden. Berücksichtigen Sie dabei die Umgebungsbedingungen, die Verlegeart und die örtlichen Bestimmungen. Beachten Sie unbedingt die Hinweise des Frequenzumrichter-Herstellers zur EMV-gerechten Verdrahtung. Bei Verwendung von geschirmten Kabeln achten Sie auf eine großflächige metallische Schirmanbindung auf beiden Kabelseiten. Merkes GmbH Version I/14 17

18 7. Technische Daten 7.1 Serie MPM 1,1kW bis 4,0kW, [ nn=1000min -1 ] MPM-1,1-x-x-B3 MPM-1,1-x-x-B5 Merkes GmbH Version I/14 18

19 MPM-1,1-x-x-B14 MPM-2,2-x-x-B3 Merkes GmbH Version I/14 19

22 MPM-4,0-x-x-B14 Motortyp Bauart B3 Bauart B5 Bauart B14 Gewicht MPM-1,1 80M 15 MPM-2,2 90L 20 MPM-4,0 112M 33 MPM-1,1 80M 80M 16 MPM-2,2 90L 90L 23 MPM-4,0 112M 112M 38 kg Merkes GmbH Version I/14 22

23 Daten -Schaltung Sym Einheit MPM-1,1 MPM-2,2 MPM-4,0 Bemessungsdrehzahl 50 Hz n n min Max. Drehzahl 200 Hz n max min Anschlussspannung U AC V Nennspannung U n V 360 Motorpolzahl p Mot 6 Bemessungsdrehmoment M n Nm 10,5 21,0 38,2 Bemessungsstrom I n A 7,5 14,8 25,6 Stillstandsdrehmoment M 0 Nm 8,4 16,8 30,5 Stillstandsstrom I 0 A 6 11,8 20,4 Max. Drehmoment M max Nm 15,75 31,5 57,3 Spitzenstrom I max A 11,25 22,2 38,4 Spannungskonstante K E V/ ,8 90,2 90,7 Drehmomentkonstante K T Nm/A 1,4 1,42 1,49 Bemessungsleistung P n kw 1,1 2,2 4,0 Max. Leistung S1 P max kw 4,4 8,8 16 Wicklungswiderstand Phase-Phase R pp 1,13 0,64 0,2 Wicklungsinduktivität Ph-Ph Induktivität Ph-Ph L pp L q / L d mh 2,9 32 / 11,3 1,2 16 / 6,08 0,5 6,8 / 2,3 Rotorträgheitsmoment J m kgcm 2 26,9 55,6 135,7 Elektr. Zeitkonstante T el ms 1,96 1,45 3,00 10% Toleranz bei M 0, M n und n n. Daten Y-Schaltung Sym Einheit MPM-1,1 MPM-2,2 MPM-4,0 Bemessungsdrehzahl 50 Hz n n min Max. Drehzahl 100 Hz n max min Anschlussspannung U AC V Nennspannung U n V 174 Motorpolzahl p Mot 6 Bemessungsdrehmoment M n Nm 10,5 21,0 38,2 Bemessungsstrom I n A 4,3 8,5 14,8 Stillstandsdrehmoment M 0 Nm 8,4 16,8 30,5 Stillstandsstrom I 0 A 3,5 6,8 11,8 Max. Drehmoment M max Nm 15,8 31,5 57,3 Spitzenstrom I max A 6,6 9,0 23,9 Spannungskonstante K E V/ ,2 157,1 Drehmomentkonstante K T Nm/A 2,4 2,45 2,59, Bemessungsleistung P n kw 1,1 2,2 4,0 Max. Leistung S1 P max kw 2,2 4,4 8 Wicklungswiderstand Phase-Phase R pp 3,36 1,93 0,6 Wicklungsinduktivität Ph-Ph L pp 11,6 4,8 2,1 Induktivität Ph-Ph L q / L mh d 107 / 36,96 54 / 20,8 26 / 7,1 Rotorträgheitsmoment J m kgcm 2 26,9 55,6 135,7 Elektr. Zeitkonstante T el ms 3,4 2,5 5,2 10% Toleranz bei M 0, M n und n n. Merkes GmbH Version I/14 23

24 7.2. Begriffsdefinitionen Stillstandsdrehmoment M 0 [Nm] Thermisches Grenzdrehmoment, welches bei blockiertem Motor, n=0min -1 und Nenn-Umgebungsbedingungen unbegrenzt lange abgegeben werden kann. Bemessungsdrehmoment M n [Nm] Wenn der Motor bei Bemessungsdrehzahl n n seinen Bemessungsstrom aufnimmt, kann im S1-Betrieb das Bemessungsdrehmoment unbegrenzt lange abgegeben werden. Stillstandsstrom I 0 [A] Um im Stillstand das Stillstandsdrehmoment abzugeben, nimmt der Motor den Stillstandsstrom auf. Die Angabe bezieht sich auf den Sinus-Effektiv-Stromwert. Bemessungsstrom I n [A] Bei Bemessungsdrehzahl n n und Abgabe des Bemessungsdrehmomentes nimmt der Motor den Bemessungsstrom auf. Die Angabe bezieht sich auf den Sinus-Effektiv-Stromwert. Spitzenstrom I max [A] Maximal zulässiger Strom für max. 5sec. Der Spitzenstrom sollte den 1,2-fachen Bemessungsstrom nicht übersteigen. Ein selbst kurzfristiges Überschreiten dieser Stromgrenze kann eine irreversible Entmagnetisierung der Rotormagnete zur Folge haben. Drehmomentkonstante K T [Nm/A] Diese Konstante gibt an, wie viel Drehmoment [Nm] der Motor bei einem Strom von 1A Effektivstrom abgibt. (M = I * K T) Spannungskonstante K E [V/1000min -1 ] Diese Konstante gibt die auf 1000min -1 bezogene induzierte Motor-EMK als Effektivwert zwischen zwei Motorphasen an. Massenträgheitsmoment J m [kgcm 2 ] Massenträgheitsmoment des Läufers. Interne oder externe Anbauten (Haltebremse, Gebersystem, Kupplung oder mechanische Last) können die hier angegebenen Werte erheblich ändern. Darum muss für die Berechnung der dynamischen Motorsituation dieses Massenträgheitsmoment in seiner Gesamtheit betrachtet werden. Bemessungsleistung P n [kw] Nach Norm ist bei einer 6 poligen Maschine die Bemessungsleistung bei rpm anzugeben. Bauart bedingt kann diese Motorserie in Verbindung mit geeigneten Umrichtern die 4-fache Bemessungsleistung bei 4-facher Bemessungsdrehzahl im S1 Betrieb liefern. Merkes GmbH Version I/14 24

25 Grundsätzliche Zielsetzung des Motors Unser Motorenkonzept ist bei der Statorwicklung, wie auch bei den Rotordetails so aufgebaut, dass nach Möglichkeit alle üblichen Frequenzumrichter mit diesen MPM Motoren arbeiten können und dabei das Optimum an Leistungsund Regel-Perfomance erreichen. Einheitlich sollten die Software Strukturen Sensorless, Vector Control vorhanden und verwendbar sein. Wenn in Verbindung mit neuen entwickelten Softwarekonzepten Rückfragen auftreten, nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf. Zwei unterschiedliche Rotor Strategien In Anlehnung an die schon lange gebräuchlichen Servomotoren, gibt es Rotoren mit den Magneten an der Rotoroberfläche. Hier ist es zunächst unerheblich, ob sie als Schalen oder Einzelmagnete aufgebaut sind. Hierbei sind die L q = L d Induktivitäten etwa gleich und bleiben konstant. Das MPM Rotorkonzept besteht aus geblechtem Rotor, in die Magnete eingelassen sind (vergrabene Magnete). Hier folgen die L d und L q Werte einer sinusförmigen Kurve, können aber auch rein rechnerisch zu einer Motor Gesamt- Induktivität zusammen gefasst werden. Zur Beobachtung der Rotorposition und deren Änderung zur weiteren Verarbeitung in Regelstrukturen sind drei Verfahren gebräuchlich: Dazu gehört die Auswertung der Stromwelligkeit, die Spannungswelligkeit oder das Frequenz-Injektionsverfahren. Bemerkenswert sind die Möglichkeiten des Hochfrequenz Injektionsverfahrens. Dort zeichnet sich mit großer Eindeutigkeit ab, dass die Regelstrukturen in der Lage sind, bis in den Motor-Stillstand hinein, volles Motordrehmoment zu regeln. Bei den beiden anderen Verfahren ist dies nicht möglich und so muss der Anlauf des Motors, bis zu einigen Hz, Hilfsweise erfolgen. Wicklungsdaten L - L q- L d Es war zu beobachten, das bei Umrichtern mit Autotuning, also dem mehr oder weniger automatischen ermitteln von Motorparametern zur Verwendung in den Regler Strukturen, die Motorparameter recht individuell sind. In der Betrachtung der Motorphysik selbst beginnen bereits die Unterschiede: Strangwerte oder Phase zu Phase bei Stern- bzw. Dreieckschaltung. Messungen bei drehendem oder blockiertem Rotor, auch in Kombination. Im Unterschied zur Gesamt-Induktivität, sind bei vergrabenen Magneten die L q und L d Werte untereinander sehr verschieden und bilden über einen komplexen Zusammenhang die Gesamt-Induktivität. Wir empfehlen bei Umrichtern mit Autotuning, dem Gerät die Ermittlung der Induktivitätswerte selbst zu überlassen. Bei Motoren mit vergrabenen Magneten und manueller Einstellung sind die von uns genannten Werte als Anhaltspunkte zu sehen. Im Optimierungsprozess bleibt die schrittweise Annäherung an das Optimum durch Variation der Induktivitätswerte. Für die Praxis hat sich diese Methode bewährt. Bei Rückfragen wenden Sie sich bitte an Ihren Umrichter-Lieferanten. Merkes GmbH Version I/14 25

26 Merkes GmbH Holzkamper Weg 19 D Solingen Telefon: +49 (0) Telefax: +49 (0) Homepage: info@merkes.de Merkes GmbH Version I/14 26