Kleiner Schritt, große Wirkung: Energieeffizienz und Dynamik
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- Frieder Maier
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1 Kleiner Schritt, große Wirkung: Energieeffizienz und Dynamik Das innovative Synchronreluktanz-Antriebssystem mit SIMOTICS Motoren und SINAMICS Umrichtern Effizienz in einer neuen Dimension siemens.de/reluktanzantriebssystem
2 Synchronreluktanz die neue Antriebsgeneration Wirkungsgrad Leistung Die Anforderungen an die Effizienz von Antriebssystemen und ihren einzelnen Komponenten sind höher als je zuvor und sie steigen weiter. Die technischen Möglichkeiten konventioneller Asynchrontechnik sind in dieser Hinsicht weitgehend ausgereizt, weitere Wirkungsgraderhöhungen können kaum noch erzielt werden. Insbesondere für einfachere Aufgabenstellungen, für die der Einsatz permanenterregter Synchronmotoren unwirtschaftlich ist, bietet die Synchronreluktanz-Technologie eine attraktive Alternative. Sie ermöglicht sehr hohe Wirkungsgrade im Nennpunkt und im Teillastbereich bei gleichzeitig hoher Leistungsdichte und Dynamik. Hohe Energieeffizienz und Leistungsdichte Synchronreluktanz Asynchron Der Einsatz von Synchronreluktanz-Technologie sorgt vor allem im Teillastbereich für einen spürbar geringeren Energieverbrauch. Ein Synchronreluktanz-Motor arbeitet erstaunlich energieeffizient und bietet zudem höhere Leistungsreserven als ein vergleichbarer Asynchronantrieb. Ein Frequenzumrichter sorgt dabei für die notwendige Stabilität im Betrieb. Doch wie bei Asynchronsystemen sind eine perfekte Abstimmung und die Integration aller Systemkomponenten notwendig, damit das System sein volles Potenzial entfalten kann. Integriertes System zahlt sich aus Bei einem integrierten Synchronreluktanz- Antriebssystem von Siemens sind die SIMOTICS Reluktanzmotoren exakt auf die SINAMICS Frequenzumrichter abgestimmt. Es bietet alle Vorteile bewährter Standardplattformen und verbindet diese mit zukunftsweisender, energieeffizienter Synchronreluktanz-Technologie. Mit dem TIA Portal kann das gesamte Antriebssystem einfach und schnell in die Automatisierungswelt integriert werden. Optimal angepasste Software und Services helfen darüber hinaus in allen Phasen des Lebenszyklus, alle entscheidenden Optimierungspotenziale in vollem Umfang auszuschöpfen. Kleiner Schritt, große Wirkung Der Umstieg von einem Asynchronmotor mit Umrichter auf ein Synchronreluktanz- Antriebssystem ist nur ein kleiner Schritt, die Wirkung aber ist enorm: Die hohe Effizienz sorgt für minimale Betriebskosten, hohe Produktivität und einen schnellen Return on Invest. 2
3 Teamplayer Nummer eins: der SIMOTICS Reluktanzmotor Energieeffizienz SIMOTICS Reluktanzmotoren haben einen höheren Wirkungsgrad im Nennpunkt als vergleichbare Asynchronmotoren mit Effizienzklasse IE4. Aber nicht nur im Nennpunkt ist der Wirkungsgrad höher. Vor allem im Teillastbereich machen sich die deutlich reduzierten Verluste im Vergleich zu Asynchronmotoren bemerkbar. Dynamik Synchronreluktanz-Motoren haben gegenüber hocheffizienten Asynchronmotoren ein um bis zu 50 % geringeres Eigenträgheitsmoment. Das ermöglicht eine höhere Beschleunigung im Taktbetrieb, eine schnellere Taktung und letztlich eine höhere Produktivität. Durch schnelleres Aufmagnetisieren des Motors im Falle von Lastwechseln erfolgt die Reaktion auf Laständerungen deutlich schneller. Thermisches Verhalten Synchronreluktanz-Motoren haben aufgrund minimaler Verluste im Rotor bei Betrieb mit Normleistung hohe thermische Reserven. Dadurch muss bei einem Dauerbetrieb im Drehzahlstellbereich von 1 : 10 keine Momentenreduzierung wie bei eigenbelüfteten Asynchronmotoren erfolgen, das Nennmoment steht wie bei fremdbelüfteten Asynchronmotoren auch noch bei niedrigen Drehzahlen zur Verfügung. Zudem lassen sich die Synchronreluktanz- Motoren im Drehzahlstellbereich von 1 : 10 bei gegenüber dem Nennpunkt leicht reduziertem Wirkungsgrad dauerhaft mit 20 % überlasten. Usability SIMOTICS Reluktanzmotoren und Asynchron - motoren sind äußerlich bau gleich. Wie die Normmotoren sind die Synchronreluktanz- Motoren als SIMOTICS GP mit Aluminiumgehäuse sowie als SIMOTICS SD mit Graugussgehäuse erhältlich. Identische Bau - größen, Achshöhen, Wellen und Flansche sichern volle Austauschkompatibilität, alle für Siemens Asynchronmotoren erhältlichen mechanischen Optionen können genutzt werden. Funktionalität Die Motortemperatur wird durch Temperatursensoren überwacht. Dank der hohen thermischen Reserven und der dadurch geringen Erwärmung der Mechanik und der Wicklung sind die Synchronreluktanz-Motoren sehr robust im Betrieb. Für eine einfache Inbetriebnahme hält das Motortypenschild einen Motorcode bereit. 3
4 Das innovative Synchronreluktanz-Antriebssystem mit SIMOTICS SD/GP (Abb. SIMOTICS GP Aluminiumausführung) und SINAMICS G120 4
5 5
6 Teamplayer Nummer zwei: der SINAMICS Umrichter Energieeffizienz Die Drehzahlveränderung durch SINAMICS Frequenzumrichter spart beispielsweise bei Strömungsmaschinen erheblich mehr Energie ein als konventionelle Methoden wie Drosselklappen. Die Vektorregelung der SINAMICS S120 und G120 Umrichter ermöglicht die präzise Regelung von Drehmoment und magnetischem Fluss des Motors. Im Teillastbereich wird der Fluss abgesenkt, um Energie zu sparen. Optional wählbare zusätzliche elektronische Funktionen schalten den Umrichter bei Leerlauf ab, eine Kaskadenschaltung schaltet weitere Aggregate zu, wenn die Leistungsanforderungen für einen einzigen Antrieb zu hoch werden. Dynamik Die sehr dynamische Vektorregelung auch im Standardumrichter SINAMICS G120 ermöglicht eine präzise Regelung des geforderten Drehmoments. Usability Die Leistungsabstufung der SINAMICS G120 Umrichter ist so ausgelegt, dass SIMOTICS Asynchronmotoren und Synchronreluktanz-Motoren mit gleicher Wellenleistung am gleichen Umrichter betrieben werden können. Die Inbetriebnahme eines SIMOTICS Reluktanzmotors am SINAMICS G120 Umrichter ist besonders einfach, denn die wichtigsten Parameter sind bereits vordefiniert. Um sie aufzurufen, muss nur die Codenummer des Motors (siehe Typenschild) am Umrichter eingegeben werden. Beim ersten Einschalten wird automatisch der Ständerwiderstand ausgemessen und die Regelung entsprechend gesetzt. Durch eine erweiterte Inbetriebnahme kann die Regelung noch besser auf die vorhandene Lastmaschine optimiert werden. Funktionalität Die Identifikation der Pollage beim Einschalten vermeidet Ruckbewegungen, es erfolgt kein Ausrichten der Maschine in Vorwärtsoder Rückwärtsrichtung. Die Motoren werden über den als Standard eingesetzten Temperatursensor thermisch überwacht die Regelung wird so in Abhängigkeit von der Temperatur angepasst. Eine Fangschaltung ermöglicht die Aufschaltung des Umrichters auf den laufenden Motor, beispielsweise nach Netzausfall. Auch auf gegen die Drehrichtung laufende Motoren kann beim Einschalten synchronisiert werden. In Verbindung mit dem SINAMICS S120 Umrichter sind folgende Optionen möglich: ein Betrieb bis Drehzahl null mit Drehzahlgeber regenerativer Betrieb (Netzrückspeisung) Mehrachsbetrieb Basic-Safety Funktionalität steht standardmäßig zur Verfügung. Mit SINAMICS S120 werden vielfältige Applikationen im Allgemeinen Maschinenbau wie z. B. Wickler, Extruder oder Servopumpen realisierbar. 6
7 Ein perfektes Team... für den Einsatz in verschiedenen Applikationen Pumpen, Lüfter, Kompressoren Fördertechnik Allgemeiner Maschinenbau IES2 IES1 IES0 Maximale Energieeffizienz Der Systemwirkungsgrad eines integrierten Synchronreluktanz-Antriebssystems von Siemens liegt deutlich über den Mindestanforderungen der höchsten definierten Systemwirkungsgradklasse IES2. Minimale Betriebskosten Ein vor allem im Teillastbereich deutlich höherer Wirkungsgrad als bei vergleichbaren Asynchronsystemen ermöglicht erhebliche Energieeinsparungen. Hohe Produktivität Das geringe Eigenträgheitsmoment von Synchronreluktanz-Motoren ermöglicht sehr kurze Taktzeiten und steigert dadurch die Produktivität einer Maschine oder Anlage. 7
8 Horizontale Integration Integriertes Antriebsportfolio Alle Frequenzumrichter, Motoren, Kupplungen und Getriebe aus einer Hand. Perfekt integriert, perfekt im Zusammenspiel. Für alle Leistungsklassen. Als Standardlösung oder völlig individuell. Vertikale Integration Integriert in die Automatisierungstechnik: von der Feld- über die Controller-Ebene bis zum MES dank Totally Integrated Automation (TIA). Für jede Applikation. Lifecycle Hohe Effizienz von Volllast bis Teillast. Kurze Amortisationszeit. Geringe Betriebskosten über den gesamten Lebenszyklus hinweg. 8
9 Steigern Sie die Energieeffizienz und senken Sie die Verluste um bis zu 50 % IES2 IES1 IES0 Deutlich besser als IES2 Die europäische Ökodesignnorm EN legt Ökodesign-Anforderungen für Antriebssysteme in einer elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschine fest. Die Energieeffizienz-Anforderungen werden somit von den einzelnen Antriebskomponenten auf das System wie auch auf die elektrisch angetriebene Arbeitsmaschine ausgedehnt. Mit der Kombination aus SIMOTICS Reluktanzmotor und SINAMICS Umrichter bietet Siemens ein höchst effizientes Antriebssystem. Mit bis zu 50 % geringeren Verlusten als das Referenzsystem der Norm erfüllt es die Anforderungen der Systemeffizienzklasse IES2 souverän. Reduzieren Sie mit dem TIA Portal die Engineeringzeit um bis zu 30 % Überzeugend effizient Sowohl die SIMOTICS Reluktanzmotoren als auch die SINAMICS Umrichter sind ins Totally Integrated Auto mation Portal (TIA Portal) und damit in das gesamte Automatisierungsumfeld von der Feld- bis zur Managementebene integriert. Dies vereinfacht das Engineering, die Inbetriebnahme und das diagnostische Arbeiten enorm und eröffnet eine völlig neue Effizienzdimension. Beispielsweise sinkt die Engineeringzeit um bis zu 30 %. SINAMICS Startdrive ist in das TIA Portal integriert. Nun ist die hervorragende Benutzerfreundlichkeit des TIA Portals mithilfe von SINAMICS Startdrive auch für die Antriebstechnik verfügbar. Damit wird eine hohe Funktionsvielfalt bei gleichzeitig einfacher Bedienbarkeit erreicht. Erreichen Sie den Return on Invest in weniger als 1 Jahr Schnell amortisiert Das hohe Energieeinsparpotenzial der SIMOTICS Reluktanzmotoren sorgt für niedrige Betriebskosten und hohe Effizienz. So werden die Amortisationszeiten deutlich verkürzt: Im Vergleich zu Norm-Asynchronantrieben in IE2 hat sich die höhere Anfangsinvestition in weniger als zwölf Monaten amortisiert, im Vergleich mit einem Antriebssystem mit IE3-Motor sogar schon nach fünf Monaten, bei einem Pumpenlastspiel gemäß genormtem Profil»Blauer Engel«im Zweischichtbetrieb und 8 ct/kwh Energiekosten. 9
10 Schnelle Inbetriebnahme, schnell gespart Schnelle Inbetriebnahme Durch den Motorcode ist die Inbetriebnahme besonders schnell und einfach. Die Codenummer ist auf dem Typenschild des Motors angegeben. Wird der Code am Bedienpanel IOP des Frequenzumrichters SINAMICS G120 eingegeben, sind bereits die wichtigsten Parameter vordefiniert. Das vermeidet Fehler und spart Zeit. Highlights auf einen Blick Hohe Energieeffizienz vom Teillastbereich bis zum Nennpunkt Hohe Dynamik durch optimierte Regelung und geringes Eigenträgheitsmoment Exakte Drehzahl bei geberloser Regelung durch synchronen Lauf Hohe Überlastfähigkeit für robusten, zuverlässigen Betrieb Minimale Betriebskosten, schnelle Amortisation und hohe Produktivität Ihrer Anlage 10
11 Technische Daten Auswahldaten Synchronreluktanz-Antriebssystem für 50 Hz und 400 V Netzspannung SIMOTICS Reluktanzmotor SINAMICS Frequenzumrichter Blocksize Booksize Nennleistung (kw) Baugröße Drehmoment (Nm) Nennstrom (A) Drehzahl (min -1 ) Motorcode Motor Artikel-Nr. Baugröße Power Module Artikel-Nr.: 1) z. B. Booksize Single Motor Module 2) 0,55 80M 3,5 1, FP1 04-0DB A 6SL3210-1PE11-8 L1 0,75 80M 4,75 2, FP1 04-0DB A 6SL3210-1PE12-3 L1 6SL3120-1TE13-0AA M 25, FP1 04-1BB B 6SL3210-1PE21-1 L0 5,5 132S FP1 04-1CB B 6SL3210-1PE21-4 L0 7,5 132M 47,5 17, FP1 04-1CB B 6SL3210-1PE21-8 L0 6SL3120-1TE21-8AA M 70 24, FP1 04-1DB C 6SL3210-1PE22-7 L0 6SL3120-1TE23-0AA L 95 33, FP1 04-1DB C 6SL3210-1PE23-3 L0 18,5 180M FP1 04-1EB D 6SL3210-1PE23-8 L0 6SL3120-1TE24-5AA L FP1 04-1EB D 6SL3210-1PE24-5 L0 6SL3120-1TE26-0AA L FP1 04-2AB D 6SL3210-1PE26-0 L0 6SL3120-1TE28-5AA3 Motorreihe EMV-Filter SIMOTICS GP Aluminiumgehäuse 0 Ungefiltert U SIMOTICS SD Graugussgehäuse 5 Filter Klasse A A 1) Entweder mit Control Unit CU230P-2 (SINAMICS G120, ab Firmware V4.7 SP3) oder CU310-2 (SINAMICS S120, ab Firmware V4.8) 2) In Verbindung mit Control Unit CU320-2 (SINAMICS S120, ab Firmware V4.8) 11
12 Erleben Sie mehr: siemens.de/reluktanzantriebssystem Entdecken Sie die Vorteile des Zusam menspiels von SIMOTICS Reluktanz motoren und SINAMICS Umrichtern in einem integrierten Antriebs system. Herausgeber Siemens AG 2016 Process Industries and Drives Large Drives Postfach Nürnberg, Deutschland Artikel-Nr.: PDLD-B Dispo WÜ/1887 WS Gedruckt in Deutschland Siemens AG 2016 Änderungen und Irrtümer vorbehalten. Die Informationen in diesem Dokument enthalten lediglich allgemeine Beschreibungen bzw. Leistungsmerkmale, welche im konkreten Anwendungsfall nicht immer in der beschriebenen Form zutreffen bzw. welche sich durch Weiterentwicklung der Produkte ändern können. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind nur dann verbindlich, wenn sie bei Vertragsschluss ausdrücklich vereinbart werden. SIMOTICS und SINAMICS sind eingetragene Marken der Siemens AG. Jede nicht autorisierte Verwendung ist unzulässig. Alle anderen Bezeichnungen in diesem Dokument können Marken sein, deren Verwendung durch Dritte für ihre eigenen Zwecke die Rechte des Eigentümers verletzen kann.
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