VIII. Schwelmer Symposium 2011 Moderne Technik im Aufzug

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1 VIII. Schwelmer Symposium 2011 Moderne Technik im Aufzug Einspartpotentiale durch moderne Aufzugsantriebe Dr.-Ing. Holger König Leiter Technik/ Branchenentwicklung Control Techniques GmbH

2 Einspartpotentiale durch moderne Aufzugsantriebe Inhalt Energieeinsparung mit Netzrückspeisung Einsparmöglichkeiten durch Ersatz der Fahrschütze Reduktion der Umrichterleistung beim Servomotor Verkürzte Inbetriebnahmezeit mit Plug n Lift

3 Energieeinsparung mit Netzrückspeisung

4 Moderne Aufzugsantriebe Neuanlagen zu 92% Seilaufzüge und zu 8% Hydraulikaufzüge Antrieb des Seiles oder der Hydraulikpumpe mit einem Elektromotor Einsatz Frequenzumrichter zur Motor- Drehzahlregelung Reduzierte Verluste Erhöhter Komfort Geringere Netzbelastung Überwiegend getriebelose Seilantriebe (Gearless) Durch neue Technologien erhöhte Energieeffizienz: Energiebedarf Hubanwendung in % Polumschaltung Spannungssteller Frequenzumrichter (FU) FU mit Spezialgetriebe FU mit Gearless Motor FU mit Gearless und Rückspeisung

5 VDI4707: Energieeffizienz von Aufzügen VDI4707 Blatt 1 (03/2009) Initiative der Aufzugsindustrie zur Energieeinsparung Ziel: Messung und Beurteilung der Energieeffizienz von Aufzugsanlagen Energiebedarf unterteilt in: Stillstandsbedarf Leistungsbedarf 5min nach letzten Fahrt Fahrbedarf Energie für Referenzfahrt mit definiertem Lastkollektiv/ Leerfahrt 5 Nutzungskategorien: 0,2h, 0,5h, 1,5h, 3,0h, 6,0h Fahrtzeit/Tag VDI4707 Blatt 2 (Ziel: Gründruck zur Interlift 2011) Ziel: Ermittlung der Energieeffizienz aus Komponenten Festlegung der Komponentendaten und des Rechengangs

6 VDI4707 Stillstandsbedarf von Aufzügen VDI4707: Energiebedarf 5min nach der letzten Fahrt (Kl. A: 50W) Anteil bei Wohnhaus 50 70%, bei Bürogebäuden 30 50% des gesamten Aufzugs-Energiebedarfs Anteil des Kabinenlichts 30 70% Unidrive SP Energiesparstufe S1 Autosave Standby Mode 22kW: P < 25W = 50% Kl. A Unidrive SP Energiesparstufe S2 Energiesparschütz (20 Starts/h) Schnelle Bereitschaft (< 5 s)

7 VDI4707 Fahrbedarf von Aufzügen Überwiegend bestimmt durch Energiebedarf des Antriebes Fahrbedarf Frequenzumrichter mit Bremswiderstand Leer AB Leistung vom Netz E Fahren [mwh/m*kg] = 0,48 / G Leer AUF Bremswiderstand E Fahren = 0 G = Schacht * Gear * Motor * Drive G < 0,78 (0,9*1,0*0,9*0,97) E Fahren > 0,61mWh/m*kg Kl. A (0,56) nicht erreichbar! Geschwindigkeit Netzleistung Leerfahrt AUF Leerfahrt AB

8 VDI4707 Fahrbedarf von Aufzügen Reduktion Fahrbedarf durch Netzrückspeisung Leer AB Leistung vom Netz E Fahren,M [mwh/m*kg] = 0,48 / G Leer AUF Leistung ins Netz E Fahren,G = E Fahren,M * (2 G 1) Mit G < 0,78 ist E Fahren,T > 0,27mWh/m*kg Kl. A (0,56mWh/m*kg) Mit hohem Wirkungsgrad Reduktion des Fahrbedarfes um 0 60% Bei geringem Wirkungsgrad ( G < 0,5) keine Energierückspeisung! Geschwindigkeit Netzleistung Rückspeisung Leerfahrt AUF Leerfahrt AB

9 Methoden der Netzrückspeisung bei Aufzügen Back-to-Back Netzumrichter für Ein- und Rückspeisung Reduktion Fahrtbedarf 60% Reduktion Energiebedarf 30% Amortisation in 3 6 Jahren Geringere Abwärme im Raum Für getriebelose Aufzugsantriebe in hochfrequentierten Gebäuden Bishopsgate 99 2x 5er Gruppen der Fa. Liftec Lifts V = 6 m/s, Q = 1600kg, H = 85m V = 3 m/s, Q = 1600kg, H = 45m Steuerung MPK Fa. Kollmorgen DCP4 Direkteinfahrt mit Schnellstart

10 Methoden der Netzrückspeisung bei Aufzügen Back-to-Back Netzumrichter für Ein- und Rückspeisung Volkswohlbund Dortmund 4 Aufzüge der Fa. Janzhoff V = 2,5 m/s, Q = 900/ 1350kg, 57m Steuerung MPK Fa. Kollmorgen VDI4707 Effizienzmessung Stillstandsbedarf 230W D Tür 20W, FU 30W, FK Licht > 130W! Ohne FK Licht <100W B Fahrbedarf E Leer,AB = 84 Wh E Gesamt = 46 Wh B A Spezifischer Energiebedarf 0,74mWh/m*kg (NK 3) A

11 VDI4707 Fahrbedarf von Aufzügen

12 Methoden der Netzrückspeisung bei Aufzügen DC Verbund mit separater Einspeisung und zentraler Rückspeisung Energieausgleich über DC Verbund Reduktion Energiebedarf 30% Amortisation in 2 3 Jahren Für, getriebelose Aufzugsgruppen in hochfrequentierten Gebäuden mit den baulichen Voraussetzungen Spital Frauenfeld (CH) 6er Gruppe Fa. AS Aufzüge v = 1,75m/s, Q = 1800kg Steuerung bp306 Fa. Böhnke Energieeinsparung 13MWh/ a 30% höhere Förderleistung mit DCP4 und Schnellstart Redundanter Systemaufbau

13 Methoden der Netzrückspeisung bei Aufzügen Teilrückspeisung mit Efficiency Option (EO) Nur für Rückspeisung, Auslegung auf 30 50% Umrichterleistung Reduktion Energiebedarf 30% Amortisation in 2 3 Jahren Ausreichend für Fahrbedarf Kl. A Redundant mit Bremswiderstand Automatische Selbsteinstellung Einfache Nachrüstung, da nur DC und AC Kraftstrom- Verbindung Efficiency Option

14 Einsparmöglichkeiten durch Ersatz der Fahrschütze

15 Ersatz der Fahrschütze EN a) fordert zwei unabhängige Geräte zur Unterbrechungen des Energieflusses (Schütze) AC Schütze sind für 50/60Hz Ströme, der Motorstrom hat Frequenzen von 0Hz Lichtbögen führen zu Kontaktabbrand, Motorwicklungsfehlern oder Umrichterabschaltungen Unidrive SP besitzt eine TÜV zertifizierte Sicherheitsfunktion zum sicheren Stillsetzen EN81-1 Ersatz der Motorschütze durch sichere Fahrtrelais Schützüberwachung Schützansteuerung K1 K2 K1 K2 K1 K2 +24 V Konventioneller Umrichter Impuls - sperre 3 x 400V AC

16 Ersatz der Fahrschütze Geschützte Verdrahtung (im Schaltschrank oder geschirmt) Fahrrelais 2 Fahrrelais 1 Steuerleitung(en) +24V Startsignal Fahrrelais 2 Fahrrelais 1 +24V Fahrtfreigabe Anbindung hinter Sicherheitskreis 31 SD-Eingang FU Frequenzumrichter Unidrive SP mit EN81 Zulassung A AS Aufzugssteuerung E A Fahrtfreigabe Fahrrelais 1 Fahrrelais 2 M 3~ Asynchron- oder Synchronmotor CT-He H. König V Blatt 1 Stand: Control-Techniques Unidrive SP Schaltung für Aufzugsantrieb ohne Hauptschütz

17 Ersatz der Fahrschütze Einsparmöglichkeiten Geräuschreduktion Platzeinsparung Bessere EMV, einfacher Geringere Kosten Weniger Wartung Anwendung 1. TÜV abgenommener FU Kein IP54 Einbau erforderlich Anerkannt von allen TÜV s Alle Leistungen bis 2 MW Mehr als 1000 Seilaufzüge Auch hydraulische Aufzüge

18 Reduktion Umrichterleistung beim Servomotor

19 Spannungsbegrenzung Servomotor Spannung steigt mit Drehzahl + Last und begrenzt Geschwindigkeit Nenngeschwindigkeit wegen begrenzter Spannung oft nicht möglich Abhilfe: Aktive Spannungsbegrenzung Blindstromeinprägung i SX Reduktion durch Spannungsabfall über der Motorinduktivität wl S i SX jwl S i Sy R S i Sy R S i Sx jwl S i Sy R S i Sy I S R S X S = wl S U S E = n * Ke jwl S i Sx U S E U S E = n * Ke i Sy I S i Sy U S Rotorfluss i SX Rotorfluss

20 Spannungsbegrenzung Servomotor Blindstrom reduziert Wirkstrom und damit das verfügbare Drehmoment der Motorkennlinie oberhalb der Nenndrehzahl Erforderliches Drehmoment setzt sich aus den statischen Lastmoment und dem trapezförmigen Beschleunigungsmoment zusammen Einpassen des erforderlichen Drehmomentes unterhalb des verfügbaren Drehmoments des Motors erlaubt höhere EMK- Konstante U I Spannung Gesamtstrom M Beschleunigungsmoment Feldstrom Wirkstrom Lastmoment Nenndrehzahl Verfügbares Motormoment

21 Spannungsbegrenzung Servomotor Begrenzung der Motorspannung mit Blindstromeinprägung Höhere EMK- Konstante = Reduktion des Motorstromes Umrichter mit geringerem Nennstrom einsetzbar

22 Verkürzte Inbetriebnahmezeit mit Plug n Lift

23 Plug n Lift Solution Emerson Elevator Solution Inbetriebnahme in 3 Schritten 1. #F2: Wahl des Interface (DCP, CAN, ) 2. #F0: Auslesen Motorgeber READY TO RUN! (< 10 min!)

24 Plug n Lift Solution Prinzip Speicherung Motordaten, Regelungsdaten und der technologischen Daten im Geber Programmierung des Elektronic Nameplate (ENP) beim Motorhersteller Vorteile Datenablage an der richtigen Stelle! Einfachste Möglichkeit der Datenwartung Problemloser Komponentenaustausch Minimales Einstellrisiko und projektierter Fahrkomfort

25 Einsparpotentiale durch moderne Antriebe Zusammenfassung 1. Energieeinsparung Netzrückspeisung erlaubt höhere VDI4707 Effizienzklasse Angepasste Lösungen bieten Kosten- und Verfügbarkeitsvorteile 2. Kostenreduktion Schützloser Betrieb führt zu Platz- und Kosteneinsparung, aber auch zu Geräusch- und Wartungsreduktion Servomotor Feldschwächung reduziert die Umrichterleistung 3. Zeitersparnis Reduktion der Inbetriebnahmezeit Plug n Lift Reduktion Einstellrisiko, Erhöhung der Fahrqualität Vielen Dank für Ihr Interesse