Neue Vorschriften erfordern energieeffiziente Antriebssysteme

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1 Industrietage Februar 2015 Neue Vorschriften erfordern energieeffiziente Antriebssysteme siemens.com

2 Normen/Richtlinien/Effizienzklassen für DOL, VSD & PDS in Bewegung 2 Energieeffiziente Motoren für DOL, VSD & PDS Applikationen 14 Tools für effizientes Engineering 25 Backup -Nützliche Links- 29 DOL = Betrieb am Netz VSD = Betrieb am Umrichter PDS = Power Drive System (Umrichter plus Motor) Seite

3 Stufenweise zu mehr Effizienz Die Maßnahmen mit Fokus nur auf den Motor reichen nicht aus o Da das Energiesparpotenzial von Antrieben enorm ist, hat die Europäische Union bereits im Jahr 2011 in Form einergesetzlichen Motorenverordnung Mindestanforderungen an die Energieeffizienz von Elektromotoren eingeführt. o Doch die Maßnahmen mit Fokus nur auf den Motor reichen nicht aus, um die verbindlichen Ziele zu erreichen. o Mit der neuen europäischen Normenreihe EN 50598, die Ende 2014 in Kraft getreten ist, schließt die europäische Gesetzgebung diese Lücke und verlagert den Fokus von einzelnen Antriebskomponenten auf ganze Antriebssysteme. ¹ ¹ EU-Verordnung 640/2009 ¹ Welches die energieeffizienteste Lösung ist, hängt von der Anwendung ab und sollte vom Betreiber oder Anlagenplaner ermittelt werden. Bei Voll-Lastanwendungen sollte ein IE3-Motor gewählt werden. Seite

4 Stufenweise zu mehr Effizienz Effizienzklassen von Umrichtern und Antriebssystemen IESx (Antriebssysteme) IEx (Umrichter) IEx (Motoren) DOL Verbesserte Energieeffizienz trägt zu den verbindlichen EU-Zielen für die Klima- und Energiepolitik bis 2030 bei Seite

5 Zur Erreichung der Klimaziele der Europäische Union Energieeffiziente Antriebssysteme Netzbetrieb (DOL) Netzbetrieb (DOL) Umrichterbetrieb (VSD) Netz mit fester Spannung und Frequenz, z.b. 400V / 50Hz Elektrische Energie Verluste IESx Frequenzumrichter Verbraucherabzweig Direkt- Wende u. YD Überlastschutz Kurzschlussschutz Sicherungslos Kostengünstig IESx Sanftstarter Verringerter Spannungseinbruch Verringerter Drehmomentstoß Verringertes Drehmoment für Hochlauf Bypass im Betrieb IESx Variable Spannung und Frequenz Mechanische Energie Konstante Drehzahl z.b U/min Konstante Drehzahl z.b U/min Variable Drehzahl z.b U/min Seite

6 Die EN stellt Ökodesign- Anforderungen an Antriebssysteme und deren Komponenten Einbettung der EN in den Mandaten der EU Antriebskomponente, elektrisch drehende Maschine - Normen Teil 1 Teil 2 Motoren mit Festdrehzahl Veröff. Sept IEC Standardverfahren zur Bestimmung der Verluste und des Wirkungsgrades aus Prüfungen Sondermotoren Veröff Teil 3 (TS) VSD- Motoren Veröffentlicht M/470 Antriebssystem EN Ökodesign-Anforderungen für Antriebssysteme und deren Komponenten in einer elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschine im Niederspannungsbereich Energieeffizienz M/476 Ökodesign üneue technische Spezifikation IEC für Verlustmessung von Motoren am Umrichter Quelle: I DT LD AR, Dr. Zwanziger IEC Effizienzklassen (IE-Klassen) Teil 1 Teil 2 Netzspeisung Umrichterspeisung Ausgabe 1 In Diskussion, Erscheinungsdatum noch nicht bekannt 0,12 bis 1000 kw - bis zu 8 Pole Veröffentlicht Überblick Overview über of einige some EE- IEC/TS Erwägungen considerations für Motoren, for motors, stabil stable bis 2016 until 2016 Teil1 Grundsätzliche Anforderungen an die erforderlichen semianalytischen Modelle für Die angetriebene Arbeitsmaschine Das eingebaute Antriebssystem Teil2 Anforderungen an die Antriebssysteme: < 1000 V Nennleistungenbis 1000 kw Klassifizierungsgrenzwerte Teil3 Anforderungen zur Erstellung des ökologischen Fußabdruckes der Produkte. üerweiterung der IEC Teil 1 üiec Energy Effizienz- Klassen für Motoren am Umrichter - noch keinen Entwurf vorhanden üneue Norm IES System, für Effizienz-klassen am Gesamtsystem (Motor + Umrichter) EN Seite

7 IEC Energy Effizienzklassen Hauptänderung für Netzmotoren Motorspektrum Erweiterung von 0,12 kw bis 1000 kw (ab AH 63 bis Transnormbereich) Detaillierte Beschreibung, um einige Ausnahmedefinitionen zu eliminieren, z.b. Temperaturbereich, Bremsmotoren Erweiterung auf 8-polige Motoren IE4 Klasse wird normativ (basierend auf IEC ) Erwähnung von Klasse IE5 in einem (nicht normativen) Anhang Entfall der Beschränkung auf Drehstrom-Asynchron- Käfigläufermotoren (VSD- line, 1-Phasen..) IE1 IE2 IE3 IE4 ð Zu beachten ist, dass der erweiterte Geltungsbereich der Norm IEC keinen Einfluss auf die aktuelle gesetzliche Verordnung (EG) 640/2009 hat. Seite

8 Die EN ermöglicht die energetische Analyse einer elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschine Neuheiten der EN Verpflichtung die EN wird in Kürze nach der Veröffentlichung im Amtsblatt der EU gelistet Daraus ergibt sich für Umrichterhersteller eine Verpflichtung (Vermutungswirkung der Norm) EU Verordnung folgt bis ~2018 ü Effizienzklassen Frequenzumrichter werden in IE Effizienzklassen und Antriebssysteme in IES Effizienzklassen eingeteilt Veröffentlichung 12/ 2014 ü ü Energetische Analyse Hersteller von elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen können die energetische Analyse mit standardisierten Belastungsprofilen berechnen ü Kennzahlen ü Ausschlaggebend in dieser Norm sind Verluste bei bestimmten Betriebspunkten Wirkungsgrade stehen nicht im Vordergrund Transparenz Durch einheitliche Rahmenbedingungen lassen sich Antriebssysteme (Motor & Frequenzumrichter) für jede Applikation vergleichen ü Seite

9 Neue Wirkungsgradklassen Umrichter (CDM) und Antriebssysteme (PDS) IE 0 NEU CDM Motor NEU PDS IES % 125 % + 25 % - 25 % 100 % IE 1 CDM Referenz PDS 100 % IES % - 20 % 75 % 50 % IE 2 Hersteller muss sein Produkt spezifizieren Hersteller muss sein Produkt spezifizieren Hersteller muss sein Produkt spezifizieren 75 % 50 % IES 2 0 % 0 % CDM = Complete Drive Module = Converter/Umrichter PDS = Power Drive System (Umrichter plus Motor) IE classes for CDM IES classes for PDS Seite

10 Definition der Systeme aus der Norm und Zuordnung zum Siemens-Portfolio CDM = Complete Drive Module = Converter/Umrichter PDS = Power Drive System (Converter plus Motor) EPA: Ansatz für das Erweiterte Produkt, die elektrisch angetriebene Arbeitsmaschine z.b.: CDM PDS: Power Drive System: Motor mit CDM MS: Motorsystem: PDS oder Motor mit Starter Quelle: DIN EN Entwurf Dezember 2013 CDM: Vollständiges Antriebsmodul Drive Controller = Umrichter mit höherwertigen Zusatzfunktionen (gem. ZVEI) Seite

11 Anforderungen zur höchsten Energieeffizienz führen zu neuen Motorentechnologien Efficiency New technologies IE3 IE4 IE4 Pflicht ab PM / Reluctance Motosr (SYN) Induction Motors (ASM) IE2 Pflicht seit IE1 DOL VSD Netzmotoren (DOL) Antriebssysteme (VSD) Technology Seite

12 Unterschiedliche Engergieeffizienzklassen Für Netzmotoren (DOL) und Antriebssysteme (PDS) VSD 4000 SYN Reluctance PEGASUS VSD Premium 20% IES2+ SYN Premium Performance Offering VSD package for optimal Live Cycle Cost in VSD applications. Energy Cost sensitive. VSD Basic 20% Synchron-Reluktanzmotor: -Stator (Ständer) bewickelt wie eine Asynchronmaschine - Rotor (Läufer) weist ausgeprägte Pole auf - Anlauf meist mittels eines Frequenzumrichters IES1 VSD 10 Induction VSD-Line Basic Performance Offering VSD package for quick market penetration. Very price sensitive. DOL 60% VSD DOL Seite IE3 / IE4 SIMOTICS / CHEMSTAR

13 Normen/Richtlinien/Effizienzklassen für DOL, VSD & PDS in Bewegung 3 Energieeffiziente Motoren für DOL, VSD & PDS Applikationen 13 Tools für effizientes Engineering 25 Backup -Nützliche Links- 29 Seite

14 Niederspannungsmotorenspektrum/Energieeffizienzklassen (IE / IES) für Netz-/Umrichterbetrieb und Antriebssysteme SIMOTICS General Purpose SIMOTICS Severe Duty SIMOTICS Flexible Duty SIMOTICS Explosion Protected SIMOTICS Definite Purpose SIMOTICS Transnorm Chemstar GP SD FD XP DP TN 1PS1.,1PS5. IE2, IE3, IE4 IE2, IE3, IE4 IES2 IE2, IE3 IE2, IE3 IE2, IE3 IE2, IE3 Antriebssysteme VSD10 Line IES 1, teilw. IES 2 VSD4000 Line IES 2 Seite

15 Motorenportfolio IE3 (Premium Efficiency) für Netz-/Umrichterbetrieb Gehäusematerial Leistungsbereich Gesetzliche Anforderungen Einsatzgebiete und Branchen Weitere Informationen General Purpose SIMOTICS GP Severe Duty SIMOTICS SD Explosionsgeschützt SIMOTICS XP / CHEMSTAR Definite Purpose SIMOTICS DP Transnorm SIMOTICS TN Aluminium Grauguss Aluminium oder Grauguss Aluminium oder Grauguss Grauguss 0,09 45 kw 0, kw 0, kw 0, kw kw Mindestwirkungsgrad IE3 ab ab 7,5 kw Pumpen, Lüfter, Kompressoren, Fördertechnik mit besonderen Anforderungen an ein geringes Gewicht und höchste Effizienz Mindestwirkungsgrad IE3 ab ab 7,5 kw Pumpen, Lüfter, Kompressoren, Fördertechnik, Schiffsanwendungen, Offshore, Mixer, Mühlen, Extruder, Walzen mit besonderen Anforderungen an die Robustheit vor allem in der chem. und petrochem. Industrie Unterliegen nicht den Mindestwirkungsgraden, sind aber in weiten Bereichen in IE3 verfügbar Für allgemeine Industrieanwendungen mit besonderen Anforderungen an den Explosionsschutz, z. B. in der Prozessindustrie siemens.de/simotics-gp siemens.de/simotics-sd siemens.de/simotics-xp siemens.de/chemstar Unterliegen in weiten Bereichen den Mindestwirkungsgraden (z.b. Schiff, Brandgas) Spezielle Motoren für z. B. Arbeits- und Transportrollgänge, Beund Entlüftung von Tunneln, Parkhäusern, Einkaufszentren, Hafenkräne, Containerbahnhöfe siemens.de/simotics-dp Mindestwirkungsgrad IE3 ab bis 375 kw Pumpen, Lüfter, Kompressoren, Mixer, Extruder in der chem. und petrochem. Industrie, Papiermaschinen, Bergbau, Zement, Stahlindustrie, Schiffsanwendungen inkl. Propulsion siemens.de/simotics-n-compact Seite

16 Motorenportfolio IE4 (Super Premium Efficiency) für Netz-/Umrichterbetrieb SIMOTICS GP 1LE10 Reihe SIMOTICS SD 1LE15/6 Reihe Baugröße: 100L - 160L 100L - 315L Frequenz, Leistungsbereich (4-polig): 50 Hz: 2,2 kw - 15 kw 60 Hz: 2,55 kw - 17,3 kw 50 Hz: 2,2 kw kw 60 Hz: 2,55 kw kw Gehäuse und Anschlusskasten: Aluminium Grauguss Lüfterhaube: Leistungsschild: Bauformen: Polzahl: Spannungen: Zertifikate: Schutzart // Wärmeklasse: Kunststoff oder Stahlblech Klebeleistungsschild oder Aluminium (Edelstahl optional) Alle gängigen Bauformen 2- und 4-polig (6- und 8-polig auf Anfrage) Netzbetrieb: 230 V bis 690 V, Umrichterbetrieb: AH bis 460 V und AH bis 500 V Besonders leicht für den Einsatz unter allgemeinen Umgebungsbedingungen CE (UL, CSA, CEL in Vorbereitung) IP55 (IP65 / IP56 optional) // 155(F) nach 130(B) Besonders robust für den Einsatz unter aggressiven Umgebungsbedingungen Anwendungsgebiet: Pumpen, Lüfter, Kompressoren Mixer, Mühlen, Förderer, Pumpen, Lüfter, Kompressoren Gleiche Achshöhen-Leistungszuordnung wie IE1, IE2 und IE3 Bis zu 3 % höherer Wirkungsgrad als IE3 Zukunftssicher und flexibel in der Planung durch die Möglichkeit des Betriebs am Umrichter Mehr Information zu : SIMOTICS GP SIMOTICS SD Seite

17 Antriebsportfolio System-Effizienzklassen IES 1 und IES 2 (EN 50598) Produkte SIMOTICS GP/SD VSD10 SINAMICS G120 SIMOTICS FD SINAMICS G120P SIMOTICS GP VSD4000 SINAMICS G120 Einsatzgebiete und Techn. Daten IES 1 IES 2 Investitionsoptimiertes Antriebsystem mit geringem Energiebedarf 2,2 bis 200 kw 4polig 50 u. 60 Hz Baugrösse 100 bis 315 Leistungsstarkes System mit hoher Energieeffizienz, optimiert für den Pumpen- Lüfter-Applikationen 200 bis 1600 kw U/min 50 u. 60 Hz Baugrösse 315 bis 450 Höchst effizientes System mit innovativer Synchron Reluktanz-Technologie 2,2 bis 200 kw 4polig 50 u. 60 Hz Baugrösse 100 bis 315 Seite Details

18 SIMOTICS GP/SD VSD10-line Umrichtermotoren für Antriebssysteme am Umrichter SINAMICS G120 NEU Ergänzung zum Katalog D81.1 Merkmale/Funktionen Kundennutzen Motor ist für Umrichterbetrieb optimiert u Hohe Zuverlässigkeit und Energieeinsparung Link: Investitionsoptimiertes Gesamtsystem mit geringen Verlusten im Motor Der Code auf dem Typenschild gibt vordefinierte Parametereinstellungen an den Umrichter Integraler Teil von IDS u u u Effiziente Antriebslösungen für ein breites Applikationsfeld in der Industrie Aufwand und Kosten für Inbetriebnahme werden vermindert, geringes Risiko bei Dateneingabe Erhöhte Produktivität, hohe Effizienz und Zuverlässigkeit Seite

19 Umrichtermotoren SIMOTICS FD Flexible-Duty-Motoren Die Basis für ein wirtschaftliches Gesamtsystem Merkmale/Funktionen Leistungsbereich ab 200 kw mit 6 Kühlarten: ü 4 mit Luftkühlung ü 2 mit Wasserkühlung ü Optional für Zone 2, 22 Motor konzipiert für Umrichterbetrieb, optimiert für SINAMICS Flexibles Baukastensystem mit neuem Gehäusekonzept: ü Verschiedene Anbaulagen und Ausführungen für Fremdlüfteraggregate und für Wasserkühlung ü Flexible Anschlusskastenlage Kundennutzen Flexible Einsatzmöglichkeiten in den unterschiedlichsten Anwendungen wie Pumpen, Lüfter, Kompressoren, Extruder, Förderanlagen, Krane Wirtschaftliches Gesamtsystem Geräuscharmer Betrieb Hohe Überlastfähigkeit Hohe Flexibilität für die Planung von Anlagen Alles aus einer Hand Anschlussfreundlich durch leichte Zugänglichkeit des schräg geteilten Anschlusskastens Hohe Leistungsdichte durch effiziente Kühlung bzw. verschiedene Kühlarten Gesteigerte Leistungsdichte verringert die Motorabmessungen für geringeren Platzbedarf Link: Seite

20 SIMOTICS GP/SD VSD4000-line und SINAMICS G120 Hohe Wirtschaftlichkeit durch innovative Reluktanzmotorentechnologie NEU Merkmal / Funktion Modernste Regelalgorithmen für beste Effizienz besonders im Teillastbetrieb Spezielle Synchronmotoren Regelung ermöglicht hohe Anfahrund Beschleunigungsdrehmomente Hohe Regeldynamik und hoher Gleichlauf im geberlosen Betrieb Auf Reluktanz Technologie abgestimmte Standard Power Module u u u u Nutzen Geringer Energiebedarf in jedem Betriebspunkt Kann in jeder Applikation angewandt werden Hohe Produktivität Wegfall von Gebern und somit Optimierung der Investitionskosten Minimierte Systemkosten (keine Umrichterüberdimensionierung erforderlich) Seite

21 Durch die EN wird teilweise die horizontale Integration von IDS normativ festgelegt Integrated Drive System IDS Horizontale Integration Integration von Antriebsprodukten zu in sich stimmigen Antriebssystemen Vertikale Integration Integration des Antriebssystems in die TIA-Welt Umfassendes Antriebsportfolio erlaubt Optimierung des gesamten Antriebsstrangs mit aufeinander abgestimmten, hocheffizienten Komponenten Kommunikationsfähigkeit zu den übergelagerten Prozessen ermöglicht zusätzliche Einsparmöglichkeiten Beispiel: Energiemanagement des Antriebsstranges Lifecycle Integration Tools und Services für den gesamten Lebenszyklus Tools und Services für den gesamten Lebenszyklus Beispiel: Tools (SIZER / SinaSave / DT-Konfigurator) Seite

22 Siemens bietet applikationsoptimierte PDS- Systeme und stellt die Daten über Tools einfach zur Verfügung PDS- Anbieter Siemens EE-optimierte Zusammenspiel der Antriebskomponenten breites Spektrum an Systemkomponenten/ -technologien spezielle Antriebssysteme für Applikationen (optimierte Verluste im Teillastbetrieb in den jeweiligen applikationsrelevanten Betriebspunkten) Angaben von Systemverluste und IES Klasse Bestimmung der IES Klasse und den dazugehörigen Verluste in den 8 Betriebspunkten für die ausgewählten PDS Systeme Tools Abbildung der ausgewählten PDS Systeme in Sizer, DT- Konfigurator und SinaSave Seite

23 IDS Roadshow Truck Live und vor Ort können Sie sich selbst von den Vorteilen integrierter Antriebslösungen überzeugen Der IDS Truck präsentiert innovative Antriebslösungen für verschiedene Applikationen, indem der Mehrwert der Integated Drive Systems eindeutig demonstriert wird und zwar in den Kundenapplikationen. In den Branchen Discrete Material Handling, Mining & Cement, Pulp & Paper, aber auch Oil & Gas stellen Integrated Drive Systems höhere Produktivität, größere Effizienz und gesteigerte Verfügbarkeit für alle Lösungen sicher, während gleichzeitig einzigartige Wettbewerbs-vorteile für die Kunden generiert werden. Seite

25 Tools für effizientes Engineering von Antriebsprodukten und systemen für alle Phasen des Lebenszyklus: Evaluierenà Auswählen & Bestellenà Integrieren EVALUIEREN: AUSWÄHLEN & BESTELLEN: www. mall.industry.siemens.com INTEGRIEREN: Merkmale/Funktionen Toolgestützter Support in allen Phasen des Lebenszyklus Evaluierung von Energieeinsparpotenzialen von Produkten und Applikationen Produkt- und PLK-System- Konfiguration einfach und effizient mit technischer Dokumentation Tools für das gesamte Portfolio der Antriebstechnik Konfigurations- und Engineering-Tools für ein kürzeres time-to-market Kundennutzen Effizient, flexibel und komfortabel für mehr Performance und Produktivität Entscheidungshilfe zur Bewertung des Invests in energieeffiziente Lösungen Höhere Produktivität durch einfache, intuitive Bedienung Alles aus einer Hand: Kupplungen, Motoren, Getriebe, Umrichter inklusive Komponenten sowie Verbindungstechnik Konfiguration und Projektierung von einzelnen Antriebskomponenten hin zu einem abgestimmten Antriebssystem Seite

26 SinaSave Version 6.0 Energieeffizienzrechner für Antriebssysteme (IDS) und Antriebskomponenten Berechnung der Einsparpotentiale Berechnung der konkreten Einsparpotentiale durch energieeffiziente Antriebslösungen mit SINAMICS Umrichtern, SIMOTICS Motoren und SIRIUS Schaltgeräten anhand der anlagen- und prozessspezifischen Kennwerte Zusätzliche Ermittlung der Amortisationszeit der entsprechenden Geräte, die oft nur wenige Monate beträgt 10 Sprachen und internationale Maßeinheiten Auch als Webapplikation verfügbar Seite

27 SinaSave Bseispiel Vergleich Energieeffizienzmotoren 22,6 Monate 3,1 a Seite

29 Informationsbroschüre vom ZVEI Energieeffizienz von elektr. Antrieben ð Download : Seite

30 Informationsbroschüre vom ZVEI Weltweite Vorschriften für Energiesparmotoren (Stand 01/2015) Für den Einsatz von Energiesparmotoren existieren global verschiedene Regelungen, die bereits in Kraft getreten oder noch in Arbeit sind. Das Dokument gibt einen Überblick über die Regelungen in verschiedenen Industrieländern weltweit. ð Download : zvei.org/weltweite-vorschriftenfuer-energiesparmotoren Seite

31 Informationsbroschüre vom ZVEI Vom Frequenzumrichter zum Drive Controller ð Download : Seite

32 Informationsbroschüre vom ZVEI Die neue europäische Ökodesignnorm EN für elektrische Antriebssysteme ð Download : Seite

33 Sind Sie bereit für IE3? Alles zur Effizienzklasse IE3 auf einen Blick: Link: Seite

34 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dirk Nordmann Process Industries and Drives Promotion Large Drives Werner-von-Siemens-Platz Laatzen Mobil: +49 (172) mailto:dirk.nordmann@siemens.com Peter Keil Process Industries and Drives Promotion Large Drives Lindenplatz Hamburg, Deutschland Mobile: +49 (173) mailto:peter.keil@siemens.com siemens.com Seite