Freie Wahl der Motortechnologie

Für die Einhaltung der Mindestwirkungsgradklassen setzen die Motorenhersteller auf verschiedene Motortechnologien. Sie werben alle mit höchster Energieeffizienz in der Anlage.

Alle Motortechnologien der gleichen Effizienzklasse bieten einen vergleichbaren Wirkungsgrad im Nennpunkt, besitzen aber auch viele Unterschiede, beispielsweise beim Anlaufverhalten oder im Teillastbetrieb. Für den Anwender bedeutet die Vielzahl der Motortechnologien vor allem erst mal eins: Er muss die „richtige“ Technologie für seine Anwendung finden, um die maximale Energieeffizienz und damit Einsparung zu realisieren. Doch was ist die „richtige“ Technologie und welche Faktoren spielen bei der Auswahl eine Rolle?

Mit dem VLT® AutomationDrive FC 302 hat Danfoss seine Plattform so erweitert, dass dieser Umrichter alle gängigen Motortechnologien energieeffizient betreiben kann. VLT® HVAC Drive und VLT® AQUA Drive folgen.

Technologie, Wirtschaftlichkeit, Verfügbarkeit

Im ersten Schritt bestimmt natürlich die Anwendung den Motor. Welches Drehmoment bei welcher Drehzahl benötigt der Antrieb, wie sieht das Betriebsverhalten aus und sind Sondermotoren gefordert, wie beispielsweise für eine vollständig in Flüssigkeit eingetauchte Pumpe in einer Wasserversorgung?

Daraus ergibt sich, regional verschieden und abhängig von der Motorleistung, welche Effizienzklasse der Anwender in der Anlage einsetzen muss. In der EU legt die Verordnung (EG) Nr. 640/2009 Mindestwirkungsgrade für Elektromotoren fest, wobei die Verordnung (EU)Nr. 4/2014 mit Gültigkeit ab Sommer 2014 den Bereich der betroffenen Elektromotoren noch einmal erweitert.

Die wohl kritischste Bedingung ist oft die Einhaltung vorgegebener Einbaumaße. Sind z. B. für bestehende Anlagen im Servicefall oder beim Retrofit nur Motoren mit größeren Einbaumaßen verfügbar, führt das zu erheblichen Herausforderungen beim Anwender. Denn dann sind umfangreiche Umbau- oder Erweiterungsmaßnahmen vorprogrammiert.

Ebenso müssen die eingesetzten Motoren für den Umrichterbetrieb geeignet sein. So muss beispielsweise die Motorisolation für die gepulste Ausgangsspannung des Umrichters geeignet sein. Dies ist gerade bei älteren Motoren nicht immer gegeben. Möchte der Anwender die Motoren nicht ausschließlich am Umrichter betreiben, muss ihr Betriebsverhalten für die Anwendung geeignet sein. Beispielsweise hat ein Drehstromasynchronmotor mit einer Kurzschlusswicklung aus Aluminium ein niedrigeres Anlaufmoment als der gleiche Motor mit einer Kupferwicklung. Das höhere Moment kann zu Schäden in der Anlage führen.

Ein wichtiger Aspekt beim Umrichterbetrieb ist der Motorscheinstrom, der die Leistungsgröße des Umrichters bestimmt. Gerade bei den neuen Sychron-Reluktanzmotoren ist beispielsweise der cos  reduziert und damit der Scheinstrom erhöht. Dies kann dazu führen, dass der Betreiber den Umrichter für diesen Motor „eine Nummer größer“ auslegen muss.

Gerade bei Pumpen, die als Strömungsmaschinen häufig über quadratische Kennlinien verfügen, setzen Hersteller neben den bewährten Drehstromasynchronmotoren verstärkt auf Permanentmagnet- und Synchron-Reluktanzmotoren.

Logistische und wirtschaftliche Einflussfaktoren

Je mehr unterschiedliche Motortechnologien ein Betreiber in seiner Anlage einsetzt, desto höher ist der Aufwand in der Lagerhaltung. Ebenso spielt die Baugröße eine Rolle, inwieweit alternative Motortechnologien oder Austauschmotoren einzusetzen sind.

Die Einkaufspreise für Motoren mit neuen Technologien sind u. a. wegen fehlender Stückzahlen oft wesentlich höher als für solche, die seit Jahren in hohen Stückzahlen gefertigt werden. Versteckte Kosten lauern in der Lieferfähigkeit. Je weniger Hersteller eine bestimmte Technologie anbieten, desto abhängiger ist der Anwender bei Preiserhöhungen oder regionalen bzw. globalen Lieferengpässen.

So sind DASM in standardisierten Baugrößen weltweit verfügbar. Dies gilt allerdings nicht für alle Motortechnologien und nicht für hocheffiziente DASM. Ist regional im Servicefall kein passender Motor verfügbar, sodass die Anlieferung nur über lange und teure Versandwege möglich ist, kann dies sehr teuer werden. Alternativ muss der Betreiber lokale Lager aufbauen und unterhalten.

Ein Frequenzumrichter für alle Motortypen

Prinzipiell lassen sich fast alle Motoren mit fest vorgegebenen Spannungswerten bei definierten Frequenzen, der sogenannten U/f-Kennlinie, steuern. Allerdings garantieren nur speziell auf die jeweilige Motortechnologie angepasste Regelalgorithmen die Effizienzvorteile der einzelnen Technologien. Erst mit diesen Algorithmen lässt sich der Motor auch bei wechselnden Lasten in jedem Betriebspunkt optimal betreiben.

Nahezu alle gängigen Motortechnologien lassen sich von einen Frequenzumrichter betreiben oder benötigen ihn sogar zwingend. Daraus ergibt sich allerdings auch ein Problem: Lassen sich alle Lösungen mit nur einem Gerät bedienen? Ist das nicht der Fall, laufen Anwender Gefahr, eine sehr heterogene Systemlandschaft einsetzen zu müssen. Was in der Praxis einen erhöhten Schulungsaufwand für Konstrukteure, Bediener und Wartungspersonal bedeutet sowie höhere Kosten für die Lagerhaltung der unterschiedlichen Systeme. Für den Anwender ist es daher vorteilhaft, alle Motortypen mit nur einem Frequenzumrichter ansteuern zu können. Beispielsweise liefert Danfoss als unabhängiger Hersteller von Frequenzumrichtern eine Lösung, die alle in der Industrie und Gebäudeautomation gängigen Standardmotoren ansteuern kann. Im gesamten Leistungsbereich können Anlagenbetreiber damit auf eine einheitliche Bedienung, gleiche Schnittstellen, gleiche Erweiterungen und zuverlässige Technik vertrauen. Die Ersatzteilhaltung vereinfacht sich, ebenso die Wartung, und der Schulungsaufwand sinkt.

Danfoss-Frequenzumrichter bieten optimierte Steueralgorithmen serienmäßig für hohe Effizienz bereits für Standardasynchron- und Permanentmagnet (PM)-Motoren. Neu hinzu kommen jetzt auch Synchron-Reluktanzmotoren. Zudem vereinfacht Danfoss die Inbetriebnahme, denn die Umrichter bieten neben der einfachen Bedienung auch weitere hilfreiche Funktionen wie eine automatische Motoranpassung, die den Motor ausmisst und damit die Motorparameter optimiert. So arbeitet der Motor stets höchst energieeffizient. So sparen Anwender Energie und senken ihre Kosten.