Suchen

Antriebe Multidrives mit effizienterem Kühlsystem ermöglicht höhere Leistungsdichte

| Autor / Redakteur: Claus-Bernd Thürauf / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Ein Antriebstechnikhersteller hat seine flüssigkeitsgekühlte Niederspannungs-Frequenzumrichter-Baureihe um eine Multidrive-​Version zum Einbau in Schaltschränken ergänzt.

Firmen zum Thema

Bei den Schränken mit hocheffizientem Kühlkonzept (links) gehen 98 % der Gesamtverluste direkt und indirekt an die Flüssigkeit.
Bei den Schränken mit hocheffizientem Kühlkonzept (links) gehen 98 % der Gesamtverluste direkt und indirekt an die Flüssigkeit.
(Bild: ABB)

Auf einen Blick

  • Die Umrichter-Schrankgeräte lassen sich auch in rauen Betriebsumgebungen in einem weiten industriellen Umfeld einsetzen.
  • Weitere Vorteile sind ihre Kompaktheit, der geräuscharme Betrieb und ihre Rückspeisefähigkeit in Verbindung mit hoher Energieeffizienz.

Systemintegratoren, OEMs, Schaltschrankbauer sowie industrielle Anwender von Niederspannungs-Frequenzumrichtern stehen in der Praxis vor unterschiedlichen Herausforderungen. Mal müssen die Geräte auf engstem Raum eingebaut werden oder unter rauen Umgebungsbedingungen funktionieren. Selbstverständlich sollten sie auch bedienerfreundlich sein und eine reibungslose Wartung ermöglichen, um Zeit und Kosten zu sparen. Häufig wird zudem gefordert, dass die Frequenzumrichter rückspeisefähig sind und einen sehr niedrigen Oberschwingungsgehalt haben. Während durch den Energieausgleich über den DC-Zwischenkreis sowie die Rückspeisefähigkeit viel Energie eingespart werden kann, ermöglicht die Ultra-low-harmonic-Ausführung, dass schädliche Oberwellen vermieden werden und die Geräte somit auch in unmittelbarer Nähe von Wohn- und Gewerbegebieten ohne jegliche Rückwirkungen betrieben werden können. Bei Anwendungen, die einen niedrigen Geräuschpegel erfordern, ist ein leiser Betrieb ein Muss.

Präzise Regelung von nahezu allen Motortypen ist möglich

Die flüssigkeitsgekühlten Multidrives ACS880LC von ABB erfüllen diese Anforderungen. Mit Leistungen von 355 bis 6000 kW und einer Betriebsspannung von 525 bis 690 V ermöglichen die Geräte eine genaue Regelung von nahezu allen Motortypen.

Bildergalerie

Bei der Entwicklung der ACS880LC-Multidrive-Schrankgeräte stand eine hohe Leistungsdichte im Vordergrund. Die kompakte Bauform der Multidrive-Module ermöglicht es, diese auch an Standorten mit begrenzten Platzverhältnissen aufzustellen, wie Containern oder engen Elektroräumen.

Die Multidrive-Schränke bauen auf der einheitlichen Antriebsarchitektur von ABB auf. Alle ABB-Antriebe verfügen über gemeinsame Benutzerschnittstellen, Tools und Optionen können auf die gleiche Weise betrieben werden. Kennt sich ein Kunde bereits mit der Bedienung eines ACS880 aus, kann er dieses Wissen einfach auf die Multidrives ACS880LC übertragen.

Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher sind effizient

Die neuen Geräte verfügen über ein hocheffizientes Kühlkonzept. 98 % der Gesamtverluste gehen direkt und indirekt an die Flüssigkeit. Bei den Modulen werden Halbleiter, Widerstände und Kondensatoren (75 % der Wärmeenergie) direkt flüssigkeitsgekühlt, die Kühlung von Leiterplatten, Stromschienen und Drosseln (25 % der Wärmeenergie) erfolgt über Wärmetauscher.

Durch die Flüssigkeitskühlung können die Schrankgeräte einfacher installiert werden, weil keine Klimageräte oder Luftkanäle erforderlich sind. Die Kühlluft muss nicht gefiltert werden, insofern sind im Schrank keine Öffnungen nötig, was hohe Schutzarten ermöglicht. Die Schränke werden standardmäßig in IP42 geliefert, mit IP54 als Option. Die Wärmeverluste der Schaltschränke werden nahezu vollständig mit dem Kühlmittel abgeleitet. Eine zusätzliche Klimatisierung des Antriebs über eine teure Klimaanlage ist dadurch nicht nötig. Das verkürzt die Amortisationszeiten für die Geräte deutlich. Teure und aufwendige Filteranlagen, wie sie bei konventionellen, luftgekühlten Frequenzumrichtern unter rauen Betriebsbedingungen unerlässlich sind, entfallen. Weil aufgrund der Flüssigkeitskühlung keine schmutzbeladene Luft angesaugt werden muss, sind die Einheiten zudem weniger empfindlich als luftgekühlte Geräte.

Auch unter „normalen“ Bedingungen haben die flüssigkeitsgekühlten Frequenzumrichter Vorteile. Werden mehrere luftgekühlte Umrichter auf begrenztem Raum installiert, wird oft eine Klimaanlage benötigt, die nicht nur kostenintensiv bei Montage und Unterhalt ist, sondern auch eine Kühlluftführung erfordert. Ein weiterer Nachteil einer Klimaanlage besteht darin, dass ihr Betrieb mit Lärm verbunden ist. Die flüssigkeitsgekühlten Multidrives zeichnen sich hingegen durch einen leisen Betrieb aus. Sie sind dadurch für Anwendungen geeignet, die einen niedrigen Geräuschpegel erfordern, wie beispielsweise auf Schiffen.

Staubhaltige Luft stellt kein Problem dar

Die flüssigkeitsgekühlten Multi­drives können überall dort verwendet werden, wo mehrere Antriebe beziehungsweise Motoren Teil eines einzelnen oder integrierten mechanischen Prozesses sind. Durch den Einbau in vollständig geschlossenen Schaltschränken eignen sie sich besonders für den Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen sowie in staubhaltiger Luft.

Zielbranchen sind der Schiffbau/Offshore (Schiffsantriebe, Querstrahlantriebe, Krane, Winschen), die Öl- und Gasindustrie (Offshore- und Onshore-Bohrgeräte, Pumpen), der Bergbau (Förderanlagen, Tunnelbohrmaschinen), Anwendungen in der Papier-, Zellstoff- und Metallindustrie sowie Prüfstände in der Automobilindus­trie. Die gemeinsame Spannungsversorgung der Module ermöglicht die Implementierung umfassender Sicherheits- und Steuerungs- oder Rege­lungsfunktionen sowie die koordinierte Regelung der einzelnen Motoren.

Überschüssige Energie kann ins Netz eingespeist werden

Das Multidrive-System hat eine zentrale Einspeisung, die in einen Zwischenkreis einspeist, aus dem mehrere Wechselrichtermodule die Energie abnehmen. Abhängig von der Applikation können mehrere Motoren gleichzeitig angetrieben oder aber teilweise generatorisch betrieben werden. Der Energiebedarf kann dabei über den Zwischenkreis ausbalanciert werden, die Einspeisung liefert nur die Differenzenergie. Wird durch die Anwendung mehr Energie generatorisch erzeugt, als über die Motoren verbraucht wird, speist der ACS880 Multidrive diese Energie zurück ins Netz. Brems-Chopper und -widerstände werden nicht benötigt.

Durch den Wegfall eines Bremswiderstandes entsteht im elektrischen Betriebsraum keine zusätzliche Wärme, wodurch weniger Kühlluft benötigt wird. Konventionelle Umrichter mit Brems-Chopper sind in der Anschaffung zwar günstiger als ein rückspeisefähiges Gerät, zu Buche schlagen bei ihnen aber der notwendige Widerstand, die Verkabelung sowie ein aufwendiges Kühlsystem. Der Platzbedarf kann ein weiterer Faktor sein, weil die Widerstandsgruppen und die Verkabelung bei großen Anlagen teuren Raum beanspruchen.

Im Vergleich zu konventionellen Niederspannungs-Frequenzumrichtern haben die rückspeisefähigen Module ein exzellentes Oberschwingungsverhalten. Die netzseitige DTC-Regelung zur Unterdrückung der Harmonischen niedriger Ordnung und ein serienmäßiges LCL-Netzfilter zur Filterung der Harmonischen höherer Ordnung führen zu einem außergewöhnlich niedrigen Oberschwingungsgehalt des Netzstromes. Mit der Reduzierung des Oberschwingungsgehaltes auf typisch 3 % bei Nennlast erfüllen die Frequenz­umrichter die Anforderungen der Oberschwingungsnormen wie IEEE 519 und G5/4. Passive oder aktive externe Filtereinrichtungen zur Oberschwingungsdämpfung oder Leistungskompensation sind nicht erforderlich. Die flüssigkeitsgekühlten Multidrives arbeiten unter allen Betriebsbedingungen mit Leistungsfaktor 1 und können sogar Blindleistung kompensieren.

Wartung lässt sich einfach durchführen

Für eine einfache und schnelle Wartung verfügen die Abdeckplatten am R8i-Modul über Scharniere. Das Modul lässt sich so „wie ein Buch“ über die Vorderseite öffnen. Die Seitenplatten können ebenfalls geöffnet werden. Komponenten im Inneren des Moduls, wie zum Beispiel die Leiterplatten an der Rückseite der zu öffnenden Frontplatte, können dadurch leicht erreicht beziehungsweise ausgetauscht werden, ohne das Modul aus dem Schrank ausbauen zu müssen und ohne den LC-Kreis zu entleeren. Die IGBT können auf dieselbe Weise visuell überprüft werden.

Durch Kontaktapparate an den Modulen zur Motorverkabelung kann das R8i-Modul schneller ausgetauscht werden als bei der vorherigen Produktgeneration. Dies ermöglicht eine höhere Anlagenverfügbarkeit und führt zu geringeren Betriebs- und Wartungskosten.

* Claus-Bernd Thürauf ist Mitarbeiter im Product Management Project Sales, Motion Deutschland der ABB Automation Products GmbH in 68526 Ladenburg

(ID:46461572)