Energieeffizienz Synchronreluktanzmotor senkt Energiekosten deutlich

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Energieverluste bei Motoren lassen sich um bis zu 50 % senken, wenn IE2-Motoren durch IE5-Synchronreluktanzmotoren ersetzt werden. Eine Anwendung beim Lebensmittelhersteller Campbell Australia zeigt, was möglich ist.

• Synchronreluktanzmotoren von ABB sind nun auch in Effizienzklasse IE5 erhältlich und können den Energieverbrauch im Vergleich zum Einsatz von klassischen Asynchronmotoren deutlich senken.

• In die Kälteanlage eines Lebensmittelherstellers wurde lediglich ein Antriebssystem mit IE3-Synchronreluktanzmotor eingesetzt. Das konnte die Energiekosten um 14 % senken.

• Außerdem ließen sich der Lärm sowie die Betriebstemperatur verringern und Überlastströme senken.

Das Thema Energieeffizienz rückt weltweit immer stärker in den Vordergrund. Deshalb suchen Hersteller und Betreiber von Industrieanlagen nach neuen Lösungen, mit denen sie ihren Energieverbrauch senken können. Die kostengünstigste Variante besteht häufig darin, hocheffiziente Niederspannungs-Elektromotoren mit einem drehzahlgeregelten Antrieb zu kombinieren. Vor diesem Hintergrund führte ABB im Jahr 2011 seine magnetfreien Synchronreluktanzmotoren (SynRM) ein.

Fallstudien in Industrieanlagen belegen, dass der Energieverbrauch mithilfe des SynRM-Konzepts je nach Anwendung um bis zu 25 % reduziert werden kann. Das war jedoch nur der Anfang, denn einige Industriesegmente fordern bereits eine Energieeffizienz, die über IE4 hinausgeht. Deshalb hat ABB die SynRM-Technologieplattform auf die Ultra-Premium-Energieeffizienzklasse IE5 erweitert. Dank dieser Weiterentwicklung können die Motorverluste um weitere 20 % gesenkt werden. Die IE5-Synchronreluktanzmotoren reduzieren die Energieverluste um bis zu 50 % im Vergleich zu den IE2-Motoren und ermöglichen damit einen weitaus niedrigeren Energieverbrauch als die herkömmlichen Asynchronmotoren. Derzeit sind die IE5-SynRM-Motoren von ABB mit einer Ausgangsleistung von 5,5 bis 315 kW und in den Baugrößen IEC 132-315 erhältlich.

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Keine Rotorverluste durch spezielles Rotordesign

Herkömmliche Asynchronmotoren sind mit einem Käfigläufer ausgestattet, in dessen Stäben der Strom induziert wird. Die Endringe stellen einen Kurzschluss her, wodurch hohe Ströme fließen können. Die dadurch entstehende Erwärmung führt zu Verlusten, die rund 40 % der gesamten Energieverluste des Motors ausmachen können. Beim SynRM-Motor wird hingegen auf einen Käfigläufer verzichtet, sodass es im Rotor keinen Stromfluss gibt – und damit auch keine Rotorverluste. Darüber hinaus enthält der SynRM-Motor keine Magnete oder Werkstoffe mit Seltenen Erden, sodass ein umweltfreundliches Design möglich ist.

Die Funktionsweise des Synchronreluktanzmotors basiert auf einem magnetischen Feld, das vom Stator erzeugt und vom drehzahlgeregelten Antrieb gesteuert wird. Der Rotor richtet sich an den Magnetfeldlinien aus. Der Frequenzumrichter bringt das Statorfeld zum Rotieren, sodass sich der Rotor darum dreht und ein Drehmoment erzeugt. Des Weiteren überwacht er die Position des Rotors, um sicherzustellen, dass dieser kontinuierlich synchron läuft. Aufgrund der Bedeutung drehzahlgeregelter Antriebe sollten IE5-SynRM-Motoren immer als Teil eines kompletten Motor- und Antriebspakets spezifiziert werden.

Da die Energieverluste gering sind, laufen IE5-SynRM-Motoren kühler als Asynchronmotoren. Wird die Temperatur um lediglich 10 °C verringert, kann die Lebensdauer der Wicklungen verdoppelt werden. Eine Senkung der Betriebstemperatur um 15 °C verdoppelt dagegen die Laufzeit der Lagerschmierung. Mit dieser Konstruktion werden auch die Motorengeräusche reduziert, was zu einem angenehmeren Arbeitsumfeld führt. Hinzu kommt, dass der magnetfreie Rotor eine einfache Wartung ermöglicht.

Die IE5-Synchronreluktanzmotoren können in zahlreichen anspruchsvollen Industrieanwendungen eingesetzt werden und erlauben bei jeder Drehzahl eine präzise Steuerung und eine hohe Effizienz, selbst bei Teillasten. Sie eignen sich deshalb sehr gut für den Ersatz von herkömmlichen Asynchronmotoren in Pumpen, Lüftern und Kompressoren sowie für anspruchsvollere Anwendungen wie Strangpressen, Mischaggregate, Winden und Förderanlagen.

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