Kleiner Schritt, große Wirkung: Energieeffizienz und Dynamik

Transkript

1 Effizienz in einer neuen Dimension Kleiner Schritt, große Wirkung: Energieeffizienz und Dynamik Das neue Synchronreluktanz-Antriebssystem mit SIMOTICS und SINAMICS siemens.de/reluktanzantriebssystem

2 Synchronreluktanz die neue Antriebsgeneration Die Anforderungen an die Effizienz von Antriebssystemen und ihrer 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 wäre, bietet die Synchronreluktanztechnik eine attraktive Alternative. Sie ermöglicht sehr hohe Wirkungsgrade im Nennpunkt und im Teillastbereich bei gleichzeitig hoher Leistungsdichte und Dynamik. Hohe Energieeffizienz und Leistungsdichte Ein Synchronreluktanzmotor 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 Reluktanztechnik. 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 und hohe Produktivität, eine kurze Amortisationszeit und einen schnellen Return on Invest. Wirkungsgrad Der Einsatz von Synchronreluktanztechnik sorgt vor allem im Teillastbereich für einen spürbar geringeren Energieverbrauch. Synchronreluktanz Asynchron Leistung 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 bemerkbar im Vergleich zu Asynchronmotoren. Dynamik Synchronreluktanzmotoren haben gegenüber hocheffi zienten Asynchronmotoren ein bis zur Hälfte 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 ist die Reaktion auf Laständerungen deutlich schneller. Usability SIMOTICS Reluktanzmotoren und Asynchronmotoren sind im Äußeren baugleich. Wie die Normmotoren sind die Synchronreluktanzmotoren als SIMOTICS GP mit Aluminiumgehäuse sowie als SIMOTICS SD mit Graugussgehäuse erhältlich. Identische Baugrößen, Achs höhen, Wellen und Flansche sichern volle Austausch kompati bilität, 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 Synchronreluktanzmotoren sehr robust im Betrieb. Für eine einfache Inbetriebnahme hält das Motortypenschild einen Motorcode bereit. Thermisches Verhalten Synchrone Reluktanzmotoren 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 synchronen Reluktanzmotoren im Drehzahlstellbereich von 1:10 bei gegenüber dem Nennpunkt leicht reduziertem Wirkungsgrad dauerhaft mit 20% überlasten. 3

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6 Teamplayer Nummer zwei: der SINAMICS G120 Umrichter Energieeffizienz Die Drehzahlveränderung durch SINAMICS Frequenzumrichter spart beispielsweise bei Strömungsmaschinen erheblich mehr Energie ein als konventionelle Methoden wie Drosselklappen. Die Vektorregelung des SINAMICS G120 Umrichters 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 ermöglicht eine präzise Regelung des geforderten Drehmoments. Usability Die Leistungsabstufung der Umrichter ist so ausgelegt, dass SIMOTICS Asynchronmotoren und Synchronreluktanzmotoren mit gleicher Wellenleistung am gleichen Umrichter betrieben werden können. Die Inbetriebnahme eines SIMOTICS Synchronreluktanzmotors am SINAMICS G120 Umrichter ist besonders einfach, denn die wichtigsten Parameter sind bereits vordefiniert. Um sie aufzurufen, muss nur die Codenummer vom Typenschild des Motors am Umrichter eingegeben werden. Beim ersten Einschalten wird automatisch der Ständerwiderstand ausgemessen und die Regelung entsprechend gesetzt. Durch eine erweiterte Inbetriebnahme kann die Regelung auf die vorhandene Lastmaschine optimiert werden. Funktionalität Die Identifikation der Pollage beim Einschalten vermeidet Ruckbewegungen, es erfolgt kein Ausrichten der Maschine in Vorwärts- oder 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. 6

7 Ein perfektes Team... für den Einsatz in verschiedenen Applikationen IES2 IES1 IES0 Maximale Energieeffizienz Der Systemwirkungsgrad eines inte grierten 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 Synchronreluktanzmotoren 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 Standard- oder völlig individuelle Lösung. 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. 8

9 Steigern Sie die Energieeffizienz und senken Sie die Verluste um bis zu 50 % IES2 IES1 Deutlich besser als IES2 Die europäische Ökodesignnorm EN legt Ökodesign-Anforderungen für Antriebssysteme in einer elek trisch angetriebenen Arbeitsmaschine fest. Die Energie effizienz-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 G120 Umrichter bietet Siemens ein leistungsstarkes Antriebssystem mit hoher Energieeffizienz. Mit bis zu 50% geringeren Verlusten als das Referenzsystem der Norm IES2 erfüllt es die Anforderungen der Systemeffizienzklasse souverän. IES0 Reduzieren Sie mit dem TIA Portal die Engineeringzeit um bis zu 30 % Erreichen Sie den Return on Invest in weniger als 1 Jahr Überzeugend effizient Sowohl die SIMOTICS Reluktanzmotoren als auch die SINAMICS G120 Umrichter sind ins Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) und damit in das gesamte Automatisierungsumfeld von der Feld- bis zur Managementebene integriert. Dies vereinfacht das Engineering, die Inbetriebnahme und diagnostische Arbeiten enorm und eröffnet eine völlig neue Effizienzdimension. Beispielsweise sinkt die Engineeringzeit um bis zu 30 Prozent. 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 Funk tionsvielfalt bei gleichzeitiger einfacher Bedienbarkeit erreicht. 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-Asynchronan trieben in IE2 hat sich die höhere Anfangsinvestition in weniger als 12 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 enthalten. 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 Reluktanz-Antriebssystem für 50 Hz und 400 V Netzspannung SIMOTICS Reluktanzmotor SINAMICS Frequenzumrichter Nennleistung (kw) Baugröße Drehmoment (Nm) Nennstrom (A) Drehzahl (min -1 ) Motorcode Motor Artikel-Nr. Baugröße Power Module Artikel-Nr. Control Unit 1) 2) Artikel-Nr. 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 L 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 L M 70 24, FP1 04-1DB C 6SL3210-1PE22-7 L L 95 33, FP1 04-1DB C 6SL3210-1PE23-3 L0 6SL3243-0BB ,5 180M FP1 04-1EB D 6SL3210-1PE23-8 L L FP1 04-1EB D 6SL3210-1PE24-5 L L FP1 04-2AB D 6SL3210-1PE26-0 L0 Motorreihe EMV-Filter Interface SIMOTICS GP Aluminiumgehäuse 0 ungefiltert U USS HA3 SIMOTICS SD Graugussgehäuse 5 Filter Klasse A A Modbus RTU BACnet MS/TP PROFIBUS PA3 PROFINET FA0 1) Die Control Unit muss mindestens den Firmwarestand 4.7 SP3 haben. 2) Zur Einstellung und Bedienung des Frequenzumrichters wird ein Operator Panel IOP 6SL3255-0AA00-4JA1 empfohlen. 11

12 Erleben Sie mehr: siemens.de/reluktanzantriebssystem Entdecken Sie die Vorteile des Zusammenspiels von SIMOTICS Reluktanzmotoren und SINAMICS G120 Umrichtern in einem integrierten Antriebssystem. Artikel-Nr.: PDLD-B Dispo /73761 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. Alle anderen Bezeichnungen in diesem Dokument können Marken sein, deren Verwendung durch Dritte für ihre eigenen Zwecke die Rechte des Eigentümers verletzen kann. Folgen Sie uns auf: twitter.com/siemensindustry youtube.com/siemens Siemens AG Process Industries and Drives Large Drives Postfach NÜRNBERG DEUTSCHLAND