Analyse der elektrischen Energiesparpotenziale

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1 Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Elektrotechnisches Institut, Elektrische Maschinen und Antriebe Analyse der elektrischen Energiesparpotenziale im Antriebssystem von Verarbeitungsmaschinen Dipl.-Ing. Jörg Schützhold Dresden, den

2 Gliederung 1. Einleitung 2. Energiesparpotenziale bei Asynchronmotoren 3. Energiesparpotenziale in den Servoantriebsachsen 4. Zusammenfassung Folie 2

3 Motivation Industrie: 2/3 der elektrischen Energie von elektrischen Antrieben aufgenommen Verarbeitungsmaschinen: Energieaufnahme von fast ausschließlich durch elektrische Antriebe Verknappung der Ressourcen und steigende Energiekosten: Zunehmender Einfluss der Energieeffizienz auf die Kaufentscheidung erhöhte Wettbewerbsfähigkeit durch ressourcenschonende Herstellungsverfahren Analyse der Energiesparpotenziale im Antriebssystem von Verarbeitungsmaschinen Am Beispiel der Schlauchbeutelverpackungsmaschine von THEEGARTEN-PACTEC Gmbh & Co. KG Folie 3

4 Beispiel: Schlauchbeutel-Verpackungsmaschine Folie 4

5 Funktion: Schlauchbeutel-Verpackungsmaschine Produktausgabe Packmittelführung Kette Zuteilband Quersiegeleinheit Längssiegeleinheit Folie 5

6 Elektrische Antriebe Servoantriebe: Frequenzumrichter, PM-Synchronmotor (Sinus- Kommutierung), Vorschaltgetriebe Hilfsantriebe: Asynchronmotor direkt ans Netz angeschlossen Folie 6

7 Gliederung 1. Motivation 2. Energiesparpotenziale bei Asynchronmotoren 3. Energiesparpotenziale in den Servoantriebsachsen 4. Zusammenfassung Folie 7

8 Umrichtereinsatz statt Netzanschluss Am Beispiel einer 3kW-Vakuumpumpe: Aktuelle Leistungsaufnahme bei Anschluss ans Netz 1,5 kw Energiesparpotenziale bei Einsatz eines Frequenzumrichters: Drehzahlvariabilität und Flussreduktion Folie 8

9 Auswirkung auf Eingangsleistung Umrichtereingangsleistung bei den zwei Steuerverfahren: Aktueller Arbeitspunkt U/f- Steuerung Ψ Opt - Steuerung Folie 9

10 Gliederung 1. Motivation 2. Energiesparpotenziale bei Asynchronmotoren 3. Energiesparpotenziale in den Servoantriebsachsen 4. Zusammenfassung Folie 10

11 Energiesparpotenziale Servoantriebsachsen Antriebsachse mit dynamischem Lastspiel: Periodische Drehzahlstellvorgänge für variable Packungslängen Antriebsvariation Verluste bei 500 Takten* Leistungsfähigkeit maximale Takte 1. Energieoptimales Bewegungsprofil -13 % Einsatz größerer Motor +21 % 610 K Getriebe i -8 % 620 * Aktuell: maximale Anlagengeschwindigkeit 500 Produkte pro Minute bei 2 Siegelbacken und maximaler Varianz der Packmittellänge Folie 11

12 Gliederung 1. Motivation 2. Energiesparpotenziale bei Asynchronmotoren 3. Energiesparpotenziale in den Servoantriebsachsen 4. Zusammenfassung Folie 12

13 Zusammenfassung Energiesparpotenzial bei den Hilfsantrieben sehr groß: + Flussreduktion, Drehzahlvariabilität Auch bei Servoantrieben Effizienzsteigerung möglich, bei gleichzeitiger Leistungssteigerung Annahme: reduzierte Drehzahl von Hilfsantrieben technisch ausreichend; Servoantriebsachsen optimiert Leistungsreduktion ca. 1,4 kw (~40% P Total ) je Verpackungsmaschine: 1,4 kw 19 Cent 23h 330d = 2000 kwh Reduktion CO 2 -Ausstoß um 6 Tonnen pro Jahr und Maschine Amortisationszeit der Zusatzinvestition Umrichter < 1 Jahr Folie 13

14 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Folie 14