Um ein Maximum an Energieeffizienz in drehzahlgeregelten Antrieben zu erreichen, muss der Prozess genau betrachtet werden und die Lastspiele möglichst exakt analysiert werden. Dabei gilt grundsätzlich für alle Antriebskomponenten, dass sie am energieeffizientesten sind, wenn ihre Auslastung hoch ist. Wird die Spitzenleistung, auf die ein elektrisches Antriebssystem ausgelegt ist, nur selten abgerufen wird, verliert die Aussagekraft der Wirkungsgrade der einzelnen Komponenten.
Zum Beispiel hat ein Asynchronmotor der Effizienzklasse IE3 oft ein höheres Trägheitsmoment als ein IE2-Asynchronmotor. Wird im Prozess aber überwiegend beschleunigt und verzögert, kann durch die größere Trägheit mehr Energie verbraucht werden als mit einem trägheitsarmen, aber weniger energieeffizienten Motor.
Erhalten Sie Infos zu jedem wichtigen Blogbeitrag oder neue Informationen, die Eaton für Maschinen- und Anlagenbauer veröffentlicht.
Zudem können sich die einzelnen Komponenten des Antriebssystems gegenseitig beeinflussen. So lässt sich z. B. der Teillastwirkungsgrad eines Motors durch eine intelligente Drive-Controller-Regelung verbessern. Werden Motor und Drive-Controller nur einzeln betrachtet, würde dieses Potenzial nicht aufgedeckt.
Die Kombination eines Motors mit einem Frequenzumrichter ist nicht automatisch die energieeffizienteste Lösung für eine Antriebsaufgabe. Zur Ansteuerung von Motoren in Anwendungen, bei der die Drehzahl fest und die Lasten variabel sind, sind Motorstarter effizienter. Ihre Verlustleistung ist vernachlässigbar und sie bieten Vorteile bei der Auslegung des Schaltschranks, da sie keine zusätzliche Kühlung benötigen, was zusätzlich Energie einspart.
Darüber hinaus gilt, dass die Kombination eines Motors mit einem Frequenzumrichter nicht automatisch die energieeffizienteste Lösung für eine Antriebsaufgabe ist. Zur Ansteuerung von Motoren in Anwendungen, bei der die Drehzahl fest und die Lasten variabel sind, sind Motorstarter effizienter. Ihre Verlustleistung ist vernachlässigbar und sie bieten Vorteile bei der Auslegung des Schaltschranks, da sie keine zusätzliche Kühlung benötigen, was zusätzlich Energie einspart. In speziellen Anwendungen werden auch verschiedene Antriebssteuerungen kombiniert, um die maximale Energieeffizienz zu erreichen: Zum Beispiel in Druckerhöhungssystemen. Dort kommen oftmals Multipump-Lösungen zum Einsatz, also Systeme, die aus mehreren Pumpen(-antrieben) aufgebaut sind. Nur eine Pumpe wird dabei mit geregelter Drehzahl betrieben, sie kann insbesondere im Teillastbereich sehr genau der erforderliche Druck erzeugen. Steigt der Bedarf, werden zusätzliche Pumpen über Motorstarter zugeschaltet – sie arbeiten dann mit einer festen Drehzahl.
Um die Energieeffizienz des Antriebssystems zu bewerten, ist die IEC 61800-9 die zentrale Normenreihe. Teil 1 der Norm führt dazu den sogenannten „erweiterten Produktansatz“ (EPA) ein: Er umfasst neben dem Motor und der Motorsteuereinrichtung (z. B. Motorstarter oder Frequenzumrichter) auch die angetriebene Einrichtung.
Der erweiterte Produktbereich nach IEC 61800-9-1.
Teil 2 der IEC 61800-9 setzt die im ersten Teil beschriebenen Grundsätze in die Praxis um. Entwickler von drehzahlgeregelten Antrieben erhalten hier eine Methodik zur Bestimmung der Verluste des gesamten Antriebssystems (PDS, Power Drive System) und des Frequenzumrichters (oder CDM für Complete Drive Module). Darüber hinaus werden hier neben den Energieeffizienzklassen für Frequenzumrichter auch die für PDS im Leistungsbereich von 0,12 bis 1.000 kW definiert.
Die IEC 61800‑9‑2 führt die drei Effizienzklassen IES0, IES1 und IES3 ein, um die Energieeffizienz eines Antriebssystems zu bewerten. Zur Zuordnung eines elektrischen Antriebssystems zu einer Klasse wird es mit einem Referenzantrieb verglichen (Effizienzklasse IES1).
Hat ein Antriebssystem um 20 % niedrigere Verluste, kann es mit der Effizienzklasse IES2 gekennzeichnet werden, hat es um 20 % höhere Verluste, wird es der Effizienzklasse IES0 zugeordnet.
Um die Effizienz des gesamten Antriebssystems zu errechnen, reicht es nicht, einfach die IE-Klasse des Motors und die IE-Klasse des Frequenzumrichters zu kombinieren.
Denn bei der Beurteilung der Energieeffizienz muss berücksichtigt werden, dass die Verluste innerhalb eines Systems davon abhängen, wie lange man die Anwendung in welchem Arbeitspunkt betreibt. Die IEC 61800-9-2 definiert daher acht Arbeitspunkte, für die die Verlustleistung der jeweiligen Systemkomponenten anzugeben sind und ermöglicht über den Vergleich mit einem Referenzsystem die Beurteilung des eigenen Antriebs. Durch Addition der absoluten Verluste des Frequenzumrichters und des Motors in jedem Arbeitspunkt werden die absoluten Verluste eines Antriebssystems ermittelt – so lässt sich der Energieverbrauch des Antriebssystems in einer spezifischen Applikation berechnen.
Effizienzklassen für Antriebssysteme (PDS, Power Drive System) nach IEC 61800-9-2
Die Beurteilung der Energieeffizienz des gesamten elektrischen Antriebssystems ist das zentrale Ziel, um den Energiebedarf in Maschinen und Anlagen zu reduzieren. Die IE-Klassen von Motor und Frequenzumrichter sind dabei wichtige Bausteine und Orientierungshilfen, aber nur durch die Betrachtung des Gesamtsystems kann eine optimale Kombination für eine spezifische Anwendung gefunden werden. Ausführlichere Informationen rund um die (EU) 2019/1781 liefert das Whitepaper „Energieeffizienz in der Antriebstechnik erfolgreich steigern“ des Energiemanagementunternehmens Eaton, das auf der Website des Unternehmens zum Download bereitsteht.
E-Mail senden
