Elektrischer Antrieb vs. Antriebssystem im Spannungsfeld von Gesetzen, Normen und Applikation

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Louisa Wolf
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1 Elektrischer Antrieb vs. Antriebssystem im Spannungsfeld von Gesetzen, Normen und Applikation VEM-Gruppe Forum Industrial Automation, Hannover Messe Industrie, Dipl.-Ing. Sylvia Blankenhagen

2 Elektrischer Antrieb vs. Antriebssystem VEM in Zahlen und Fakten Gesetze und Normen Wege zum energieeffizienteren Motor Vergleich IE3- vs. IE1-Motor bei Spannungsversorgung durch ein starres Netz Vergleich elektrischer Antrieb vs. Antriebssystem in einer Pumpenapplikation Umsetzung der EN bei VEM Fazit 2

3 3

4 Gesetze und Normen Gesetze / Verordnungen VO (EG) Nr. 640/ VO (EU) Nr. 4/2014 Seit : IE3=Mindestwirkungsgrad 3~-Asynchronmotoren für 1 Drehzahl 2, 4, 6polig 7,5 375 kw S1-Betrieb 50Hz Netzspeisung Option: IE2-Motor + FU Ab : gültig auch für 0,75kW<=P2<7,5kW Standards / Normen IEC/ DIN EN Wirkungsgradklassifizierung Drehstrommotoren (technologieunabhängig) 2, 4, 6, 8polig 0, kw für Dauerbetrieb geeignet EN Ökodesignanforderungen für Elektr. Antriebssysteme Verluste als Basis für Effizienzklassen (IES) Systembewertung (PDS) 0, kw 8 applikationsrelevante Betriebspunkte 4

5 Wege zum energieeffizienteren Motor Wirkungsgraderhöhung heißt Verlustreduzierung Verlustquellen im Motor: Ohmsche Verluste in Stator- und Rotorwicklung Eisenverluste Reibungsverluste Zusatzverluste Einflussmöglichkeiten: Folgen: Verringerung der Ausnutzung -> Reduzierung der Betriebstemperatur Reduzierung des Widerstandes in Stator (z.b. höhere Nutfüllung) und Rotor (z.b. Kupfer) Optimierte Blechsorten und Schnittgeometrien Reduzierung der Motorverluste = höherer Wirkungsgrad Reduzierung der Betriebstemperatur = Verlangsamung der thermischen Alterung Erhöhter Materialeinsatz = höhere Kosten Bauraum- und Gewichtsvergrößerung = Probleme bei Ersatz / Austausch Reduzierter Schlupf = erhöhte Drehzahl = bei Parallelantrieben i.d.r. Austausch aller Motoren notwendig 5

6 Vergleich IE3- vs. IE1-Motor Technische und mechanische Daten (IE1)-K21R100L2 Pout = 3 kw n = 2865 rpm η = 82,8% t = 79 K m = 25 kg IE3-W41R100L2 Pout = 3 kw n = 2940 rpm η = 87,1% t = 32 K m = 38 kg 6

7 Vergleich IE3- vs. IE1-Motor - netzgespeist - Fan-Applikation (IE1)-K21R100L2 n = 2865 rpm T = 10 Nm Pout = 3 kw η = 82,8% Pel = 3,62 kw IE3-W41R100L2 n = 2940 rpm T = 10,53 Nm Pout = 3,24 kw η = 87,1% Pel = 3,72 kw 7

8 Vergleich IE3- vs. IE1-Motor - netzgespeist - Kostenbilanz Costs of IE3-motor vs. IE1-motor after running of 8760h (1 year) Application: T~n² (Pump/Fan) T=const 2p= Pout [kw] Working costs Total costs Working costs Total costs 2 3,0 129,78 231,78-116,56-14,56 11,0 96,63 264,63-405,68-237,68 4 2,2 21,66 147,66-175,64-49,64 45,0 499, ,35-982,93-262, ,0 293,59 735,59-390,92 51,08 55,0 224,58 999, ,15-267,15 8

9 Vergleich elektr. Antrieb vs. Antriebssystem Referenzlastspiel einer Pumpe Motor (3 kw) Controller Application: pump (T~n²) Duty cycle: Load/time [%/%] Signifikante Einsparung von Energie und damit Kosten erfolgt erst durch Anpassung der Last (Moment und Drehzahl) an den tatsächlichen Bedarf Initialkosten amortisieren sich in kurzer Zeit und treten in den Hintergrund Working costs / 8760 h: vs. IE1 Total costs / 8760 h: vs. IE1 (IE1)-K21R100L2 no 100/ IE3-W41R100L2 no 100/ ,78 231,78 IE2-WE1R100L2 yes 100/6 +75/15+50/35+25/ , ,00 IE3-W41R100L2 yes 100/6 +75/15+50/35+25/ , ,43 Der Kostenvorteil eines IE3-Motors im Vergleich zum IE2-Motor im PDS beträgt im Beispiel nur 1% 9

10 Vergleich elektr. Antrieb (IE1) vs. Antriebssystem mit IE2-Motor in Pumpenapplikation 10

11 Vergleich elektr. Antrieb (IE1) vs. Antriebssystem mit IE3-Motor in Pumpenapplikation 11

12 EN 50598: Umsetzung bei VEM (kontinuierliche) Klassifizierung von IES2-Antriebssystemen und Motoren für solche Systeme Messtechnische Erfassung der Verluste von Antriebssystemen im gesamten Leistungsbereich Erweiterte Anzahl von Messpunkten im Leistungsbereich bis 30kW Verlustberechnungstool auf Basis der Messpunkte und der Interpolation (gemäß Norm) zwischen diesen Vorteile für den Anwender : Höhere Genauigkeit der Interpolationswerte Teilweise Ermittlung von Verlustwerten im Feldschwächbereich und bei Überlast möglich Unterstützung bei der Ermittlung von Energie-Effizienz-Indizes des Erweiterten Produktes Übergabe der ermittelten Daten in digitaler Form 12

13 Umsetzung EN 50598: VEMoDRIVE - Antriebssysteme VEMoDRIVE Compact VEMoDRIVE Single 13

EN 50598-2: Basis für den Vergleich von PDS

14 EN : Basis für den Vergleich von PDS Pflichtmesspunkte gemäß Norm Pflichtmesspunkte gemäß Norm sowie erweiterte Messpunkte VEM für verbesserte Interpolationsergebnisse (bis Pout=30 kw) 14

15 EN 50598: VEM-Verlustberechnungstool 15

16 EN 50598: VEM-Verlustberechnungstool 16

17 Vergleich elektr. Antrieb vs. Antriebssystem - Fazit Entscheidend ist die Applikation! Wenn Regelung erforderlich und sinnvoll Entscheidung für das Antriebssystem Ausweitung des Fokus auf das Erweiterte Produkt Optimale Unterstützung der Kunden und Anwender über das Verlustberechnungstool Weiterentwicklung zum web-basierten Tool mit dem Ziel, Anwenderbedürfnisse weitgehend berücksichtigen zu können Schnittstelle zur Ermittlung des Energieeffizienzindexes, z. B. von elektrisch angetriebenen Pumpen Überzeugen Sie sich selbst! Wir heißen Sie auf unserem Messestand herzlich willkommen! Halle 14 / Stand H10 17

18 VEM Holding GmbH Pirnaer Landstraße 176 D Dresden Telefon: Telefax: VEM Vertrieb Fachbereich Niederspannung Telefon: Fachbereich Hochspannung Telefon: Fachbereich Antriebssysteme Telefon:

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