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Ende des Einsparpotenzials bei Elektroantrieben noch nicht erreicht

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Doch nicht nur die Nutzung der Umrichter, sondern auch sie selbst bieten noch Möglichkeiten, Energie einzusparen, auch wenn viele Geräte bereits einen Wirkungsgrad von über 95 % aufweisen. So gibt es effizientere Halbleitermaterialien, zum Beispiel Siliziumkarbid (SiC), oder verlustärmere Umrichtertopologien wie Matrixumrichter. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass diese neuen Materialien und Topologien höhere Bauteilkosten haben und damit auch den Anschaffungspreis für den Kunden erhöhen. Deshalb sieht Danfoss deutlich mehr Vorteile bei den Kontrollalgorithmen für die Motorsteuerung. Burghardt: „Interessanter ist es, welche Motoren ein Umrichter ansteuern kann und ob er für die verschiedenen Motortechnologien auch die jeweils optimierten Algorithmen bietet. Daraus kann sich dann ergeben, dass der gleiche Motor an verschiedenen Umrichtern auch eine unterschiedliche Effizienz erreicht.“ Danfoss hat das ermöglicht: Mit einer einzigen Umrichterserie lassen sich alle gängigen Motortechnologien (Asynchron-, PM- und Synchronreluktanzmotoren) mit optimierten Algorithmen ansteuern.

Bei bestimmten Anwendungen (Krane, Zentrifugen, Aufzüge) kann es auch sinnvoll sein, rückspeisefähige Frequenzumrichter einzusetzen. Sie können ein höheres Einsparpotenzial gegenüber anderen Bremsmethoden, wie beispielsweise über Bremswiderstände, bieten, da die Bremsenergie zurück ins Netz gespeist und nicht in Wärme umgewandelt wird. Im generatorischen Betrieb kann die Energie aber auch in Energiespeichern (Batterien, Supercaps, Schwungmassen) gepuffert werden.

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Mehr Energiesparmöglichkeiten vorhanden, als genutzt werden

Es gibt also bereits viel mehr Energiesparmöglichkeiten, als in den meisten Fällen genutzt werden. Darin sieht ABB immer noch ein grundlegendes Problem, wie Peschel erklärt: „Das zurzeit größte Hindernis besteht darin, die effizienten Technologien ins Bewusstsein der Entscheider zu rücken. Viele schauen nur auf den reinen Anschaffungspreis der Antriebslösung, haben aber nicht die Gesamtkosten über die Lebenszeit des Motors im Blick. Hier muss der Druck vom Endkunden ausgehen.“ Ähnlich sieht das bei der Erfüllung der EU-Normen aus: Ist mindestens ein IE3-Motor gefordert, dann wird auch nur ein IE3-Motor gekauft – anstatt das System als Ganzes zu betrachten und einen IE4-Synchronreluktanzmotor mit Umrichter in Betracht zu ziehen. Das fordert auch Sirrenberg: „Ob also ein IE2-Motor plus Frequenzumrichter, ein IE3- oder IE4-Asynchronmotor oder ein IE5-PM-Motor die optimale Lösung für eine Anwendung ist, kann erst eine genaue Analyse der Anwendung entscheiden.“

Dennoch können die Antriebstechnikhersteller in dieser Hinsicht zuversichtlich in die Zukunft blicken, denn zum einen gibt es zunehmend OEM und Maschinenbauer, die Energieeffizienz auch als Marketingstrategie einsetzen und herausholen, was möglich ist. Zum anderen rückt der Einsatz effizienter Antriebe angesichts der gesetzlichen Regelungen immer stärker auch in den Fokus der Endanwender.

Gerade die neue Norm EN 50598 unterstreicht den Trend auch bei den Herstellern hin zu mehr Systemeffizienz. Das beginnt bei der Optimierung der Einzelkomponenten und führt bis zur energieeffizienten Gestaltung eines kompletten Antriebstrangs. Um hier den Maschinenbauer zu unterstützen, stehen bei bestimmten Herstellern optimierte Antriebspakete bereit, beispielsweise die IDS-Systemangebote bei Siemens oder das IE4-Antriebspaket mit Synchronreluktanzmotor und Frequenzumrichter von ABB.

Motorentechnologie und Umrichter bieten noch viel Potenzial

Am Ende sind die Antriebstechnikhersteller bei der Entwicklung effizienter Komponenten und Systeme noch längst nicht. Auch wenn sie sicherlich weiterentwickelt werden, wird bei den Asynchronmotoren der Aufwand in Zukunft zu hoch, um sie über IE4 hinaus zu optimieren. Doch andere Motorentechnologien und auch die Frequenzumrichter bieten noch viel Potenzial. So setzt WEG auf IE5-PM-Motoren, während ABB einen klaren Schwerpunkt auf die Weiterentwicklung der Synchronreluktanzmotoren legt.

Ein Beispiel ist das neue Motorenkonzept SynRM², mit dem ABB, ausgehend von IE4, die Verluste um weitere 20 % reduzieren konnte. Siemens wird ebenfalls die Synchronreluktanztechnik weiter entwickeln; zudem wird man die wassergekühlten Umrichter optimieren und das Portfolio erweitern. Für Danfoss als motorunabhängigem Hersteller von Frequenzumrichtern steht im Mittelpunkt, alle gängigen Motortechnologien ansteuern zu können – mit der maximal möglichen Effizienz.

Die Forschung und Entwicklung nach noch effizienteren Systemen ist also nicht abgeschlossen, das Thema Energieeffizienz noch lange nicht erledigt. Allerdings müssen mehr und mehr die Betrachtung des kompletten Lebenszyklus des Antriebsstrangs im Mittelpunkt stehen und beim Endanwender ein Bewusstsein für die Lifecycle-Costs geschaffen werden.

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Über den Autor

 Stefanie Michel

Stefanie Michel

Journalist, MM MaschinenMarkt