Bei effizienten Elektromotoren geht noch was

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mehr weniger

Neben klassischen IE2-Motoren hat Lenze mit dem MF-Motor eine weitere Lösung für den Umrichterbetrieb geschaffen. „Wir haben uns überlegt: Was wäre die ideale Nennfrequenz, wenn der Motor an einem Umrichter betrieben wird?“, erklärt Thorben Steinmann, Ingenieur im Produktmanagement Elektromechanik bei Lenze. Der Motor ist daher auf 120 Hz ausgelegt. Er fällt somit nicht in EU-Verordnung, der erreichte Wirkungsgrad ist aber mit IE2 vergleichbar.

Neben dem hohen Wirkungsgrad ist der MF-Motor außerdem bis zu zwei IEC-Baugrößen kleiner als herkömmliche IE2-Motoren und weist einen größeren Stellbereich auf. Dadurch, dass der Motor kleiner ist, ist er auch dynamischer, was ihn bei Drehzahländerungen nochmals effizienter macht als klassische IE2-Motoren“, so Steinmann weiter.

Im Teillastbereich effizienter mit Permanentmagnetmotoren

Besonders im Teillastbereich ist der Wirkungsgrad der Asynchronmotoren ungünstig. Ganz anders die Permanentmagnet-(PM-)Motoren, die auch im Teillastbereich effizient arbeiten. Beim Betrieb am Frequenzumrichter erreichen sie höhere Wirkungsgrade als Asynchronmotoren, da sich ihre Verluste durch den Einsatz von Magneten auf dem Rotor reduzieren lassen. Yaskawa zeigt dies deutlich an einer Messedemonstration: Sowohl der Asynchronmotor als auch der PM-Motor erreichen die gleich mechanische Lüfterleistung. Allerdings benötigt der Asynchronmotor dafür erheblich mehr Energie.

Diese Synchronmotoren sind bei vielen Motorenherstellern erhältlich und erreichen bereits die für IE4 erforderlichen Wirkungsgrade. Ihr größter Nachteil: Für die Permanentmagneten sind seltene Erden nötig – und das macht abhängig von China, wo 97 % der Förderung und Produktion stattfinden.

Eine Alternative bietet deshalb der Synchronreluktanzmotor, wie ihn ABB 2011 auf der Hannover Messe vorgestellt hat. Er kann nur am Frequenzumrichter betrieben werden und erfordern eine nicht ganz einfache Regeltechnik. Solche Motoren erreichen zwar bereits die Anforderungen für IE4, doch ist unter Umständen ein größerer Umrichter nötig, weil zur Magnetisierung ein höherer Strom aufgebracht werden muss. SEW geht mit dem Line-Start-Permanent-Magnet-Motor (LSPM-Motor) noch einen anderen Weg, um IE4 zu erreichen. Es handelt sich um einen Asynchronmotor, der im Rotor Permanentmagnete enthält. Er weist geringere Rotorverluste auf und kann auch am Netz betrieben werden.

Der einzelne Motor macht keine energieeffiziente Anlage

Alle befragten Hersteller sind sich jedoch einig, dass Energieeffizienz deutlich mehr ist, als der einzelne Motor. Claus Wieder, Leiter Marktmanagement bei SEW-Eurodrive: „Ein IE4-Motor allein sorgt nicht zwangsläufig für eine hohe Effizienz. Vielmehr muss man die gesamte Applikation bis auf den Cent genau berechnen.“ Für die Planung einer neuen Anlage können die Hersteller verschiedene Produkte und Lösungen anbieten, die im Gesamtsystem den Energieverbrauch senken. Das beginnt ganz einfach bei der Auswahl des richtigen Getriebes: Mit dem Austausch eines Schneckengetriebes durch ein Kegelradgetriebe lasse sich sehr viel mehr Energie einsparen, als mit einem einzelnen Motor, so Thorben Steinmann.