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Antriebs- & Schalttechnik
Pumpen und Elektromotoren
gemeinsam auf Effizienzkurs
Mit den steigenden Energiekosten stehen die Lebenszyklus­
Erol Bernstein
kosten bei Betreibern von Pumpenanlagen zunehmend im
Vordergrund. Dementsprechend sind moderne Antriebs­
lösungen gefragt, deren höhere Anschaffungskosten sich
schon nach kurzer Zeit amortisieren. So kommen seit
Umsetzung der Ökodesign-Richtlinie (EG) Nr. 640/2009 [1]
neue Elektromotoren mit verbesserten Wirkungsgraden zum
Einsatz. Das größte Einsparpotenzial bei Pumpen­anwen­
dungen liegt jedoch bei den geregelten Antrieben.
Im Wirkungsgrad verbesserte IE2Motoren reduzieren die Energiekos­
ten. Jedoch führt die Betrachtung einer Pumpen- und Anlagenkennlinie
zu der Erkenntnis, dass sich die Energieeinsparung durch eine Drehzahl­
regelung der Pumpe noch erheblich
erhöhen lässt. Zusätzlich zum Motor
bietet es sich also an, noch einen Frequenzumrichter zu installieren. Dieser
Entscheidung stehen die Anschaffungskosten sowie Aufwände bei der
Installation und Inbetriebnahme gegenüber.
Neben der optimalen Leistungsausbeute sollen die Pumpenmotoren
möglichst robust und durch einfache
Handhabung einstellbar sein. Vor allem bei kleineren Installationen ist die
Errichtung eines zusätzlichen Schaltschranks nicht erwünscht und genau
hier spielen drehzahlgeregelte Synchron-Kompaktantriebe (Bild 1) ihre
Trümpfe aus. An diesen Antrieben
kann eine Prozesssteuerung angeschlossen werden, auch die Einstellung der Pumpenförderleistung ist
direkt am Bedienteil möglich.
Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Erol Bernstein ist
Produktmanager bei der Hanning
Elektro-Werke GmbH & Co. KG
in Oerlinghausen.
E-Mail: [email protected]
2
Pumpen für die Galvanotechnik
Seit ihrer Gründung 1948 hat sich
die niederländische Firma Hendor [2]
auf Pumpenanwendungen für die
von verschiedenen Metallen, wie
Chrom, Kupfer, Palladium oder Gold.
Der ph-Wert liegt nicht selten im stark
alkalischen oder sauren Bereich.
Noch heute werden in vielen Anwendungen Pumpensysteme eingesetzt, deren Durchflussmenge mit
mechanischen Stellgliedern eingestellt
wird. Mit diesem Verfahren lässt sich
aufgrund der Charakteristik der Pumpenkennlinie nur eine geringe Energieausbeute erzielen. Zudem verändern steigende Verschmutzungsgrade
der eingesetzten Filtergruppen die
Anlagenkennlinie und führen zu einer schlechten Energiebilanz sowie
zu unnötigen Mehrkosten (Bild 2).
In Systemen, bei denen stärkere Korrosion erwartet wird, müssen zudem
kostenintensive Bauteile verwendet
werden.
Energiesparender
Pumpenmotor
Bild 1. Alle Varianten des SynchronKompaktantriebs, den es für die
Leistungsklassen von 0,55 kW bis 2,2 kW
mit einphasiger Netzeinspeisung gibt,
übertreffen die Anforderungen der
Wirkungsgradklasse IE3
Galvanotechnik spezialisiert. In dieser
Branche werden hochkorrosive Medien verschiedener Viskosität mit Temperaturen bis zu 100 °C gepumpt und
gefiltert. Bei Förderleistungen von
1 m3/h bis 90 m3/h kommen Pumpen
mit einer Leistung zwischen 0,25 kW
und 11 kW zum Einsatz. Abhängig
von der Anwendung bestehen die Fördermedien aus Lösungen mit Anteilen
Die Kunden von Hendor legen großen Wert auf Robustheit, Zuverlässigkeit und Anwenderfreundlichkeit ihrer
Pumpensysteme. Zudem erwarten sie
bei den maßgeschneiderten Systemlösungen hohe Wirtschaftlichkeit und
lange Lebensdauer. Damit das gesamte zur Verfügung stehende Einspar­
potenzial genutzt werden kann, sind
Pumpe und Antrieb optimal aufeinander abzustimmen. Unter diesen Gesichtspunkten suchten die Pumpen­
experten für Anwendungen im kleineren und mittleren Leistungsbereich
einen neuen Antrieb mit sehr guter
Energieeffizienz.
Mit dem Synchron-Kompaktantrieb
Hamotic Varicon liefert Hanning
Elektro-Werke [3] jetzt einen Antrieb
der alle Anforderungen erfüllt. Darüber hinaus kann der Kompaktantrieb
kundenspezifisch mit zusätzlicher
Hardware ausgestattet werden. Beispielsweise lassen sich Sensoren anschließen, die bei kleinen Anlagen zur
Prozesssicherheit beitragen.
Heft 7/2012 •
Antriebs- & Schalttechnik
16
%
14
gedrosselt
n = 3 000 min−1
12
Energieeinsparung
Optimale Auslegung der
Antriebsleistung
Arbeitspunktverschiebung
durch Drosselung
10
erreichbare Energieersparnis
8
Arbeitspunktverschiebung
durch Drehzahlregelung
offen
6
4
2
0
n=
2 500 min−1
0
2
4
6
Q
8
10
12 m3/h 14
Bild 2. Die Kosteneinsparung im direkten Vergleich zwischen mechanischen Stellgliedern
und einem drehzahlgeregelten Pumpenantrieb
Prof. Dr.-Ing. Günter Ackermann,
Eißendorferstr. 38 (Technikum), 21073 Hamburg,
Tel: 0 40/4 28 78–42 05, Fax: –39 67,
E-Mail: [email protected]
Ralf Baumann,
Steubenstr. 6, 76185 Karlsruhe,
Tel: 07 21/5 70 53 89,
E-Mail: [email protected]
Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Erol Bernstein,
Hanning Elektro-Werke GmbH & Co. KG,
Holter Str. 90, 33813 Oerlinghausen,
Tel: 0 52 02/7 07–0, Fax: –3 01,
E-Mail: [email protected]
Gerrit Boysen,
Phoenix Contact Electronics GmbH,
Dringenauer Str. 30, 31812 Bad Pyrmont,
Tel: 0 52 81/9 46–0,
E-Mail: [email protected]
Dipl.-Ing. (FH) Gerd Fischer,
F&S Prozessautomation GmbH,
Gewerbering 35, 01809 Dohna/Dresden,
Tel: 0 35 29/56 67–0, Fax: –3 15,
E-Mail: [email protected]
Tobias Güttler,
Sick Vertriebs-GmbH,
Willstätterstr. 30, 40549 Düsseldorf,
Tel: 02 11/53 01–3 01, Fax: –3 02,
E-Mail: [email protected]
Heinz-Josef Hartmann,
Weidmüller Interface GmbH & Co. KG,
Klingenbergstr. 16, 32758 Detmold,
Tel: 0 52 31/14–29 21 40,
E-Mail: [email protected]
4
Dipl.-Red. (FH) Jörg Neumann,
SSV Software Systems GmbH, Dünenweg 5,
30419 Hannover, Tel: 05 11/4 00 00–13, Fax: –40,
E-Mail: [email protected]
Oft werden Motoren für mechanisch
geregelte Pumpenanlagen aufgrund
unbekannter Kenngrößen größer dimensioniert als erforderlich. Die Folge
ist, dass die Asynchronmotoren nicht
bei ihrem optimalen Wirkungsgrad
betrieben werden und – bei gleicher
Leistungsabgabe, wie ein optimal ausgelegter Motor – mehr Verlustleistung
zum Betrieb benötigen. Diese Fehlanpassung lässt sich beim Einsatz einer
Kombination aus einer Pumpe von
Hendor und einem Synchron-Kompaktantrieb von Hanning konsequent
vermeiden. Die Pumpe und der Antrieb liefern exakt die von der Anwendung benötigte Leistung.
Irmgard Nille,
Agentur In-Press,
Alsterdorfer Str. 459, 22337 Hamburg,
Tel: 0 40/46 88 10 30, Fax: /46 77 32 91,
E-Mail: [email protected]
Dr.-Ing. Nick Raabe,
E-Mail: [email protected]
Dipl.-Ing. Bernd Ropeter,
Pro-Elektroplan GmbH,
Otto-Hahn-Str. 40,
85521 Ottobrunn-Riemerling,
Tel: 0 89/60 87 61–0, Fax: –25,
E-Mail: [email protected]
Dipl.-Ing. Jörg Schindler,
Schneider Electric Energy GmbH,
Königsbrücker Str. 124,
01099 Dresden-Albertstadt,
Tel: 03 51/8 20–0, Fax: –33 00,
E-Mail: [email protected]
Tilo Schmidt,
Pilz GmbH & Co. KG,
Technisches Büro Dresden 1,
Zinzendorfstr. 13, 01445 Radebeul,
Tel: 03 51/79 51 55–0, Fax: –40,
E-Mail: [email protected]
Dipl.-Ing. (FH) Uwe Schmidt,
F&S Prozessautomation GmbH,
Gewerbering 35,
01809 Dohna/Dresden,
Tel: 0 35 29/56 67–0, Fax: –3 15,
E-Mail: [email protected]
Dipl.-Ing. Ulrich Zimmermann,
Schneider Electric Energy GmbH,
Königsbrücker Str. 124,
01099 Dresden Albertstadt,
Tel: 03 51/8 20–0, Fax: –33 00,
E-Mail: [email protected]
Heft 7/2012 •
Antriebs- & Schalttechnik
Bild 3. Die Effizienz von Pumpe und Motor wurde
detailliert geprüft
Minimierte Materialbelastung
Das Betriebsverhalten des Antriebs hat einen
großen Einfluss auf die ­Lebensdauer des installierten Leitungssystems und damit unmittelbar
auf die Wartungs- und Reparaturkosten der
gesamten Anlage. Der Synchron-Kompaktantrieb Hamotic Varicon minimiert die Material­
ermüdung der Anlagenbauteile durch präzisen
Rundlauf über den gesamten Drehzahlbereich.
Die bei Synchronmotoren bekannten Rippelmomente wurden durch eine geeignete Konstruktion vermieden. Das sorgt für eine stetige
Förderleistung der Pumpe. Zudem ist die Geräuschemission des Antriebs durch die hohe
Laufruhe minimal (Bild 3).
Erhöhte Ausfallsicherheit
Umfangreiche Schutzschaltungen überwachen die Betriebssicherheit des Antriebs. Im
Fall einer vorherzusehenden Überhitzung
durch zu hohe Umgebungstemperaturen reduziert der Antrieb die Abgabeleistung in kleinen
Schritten, um einem Anlagestillstand effektiv
vorzubeugen. Der Status des Antriebs wird
am integrierten Display angezeigt. Neben der
Drehzahl lassen sich auch die Temperatur, die
aufgenommene Leistung oder der Ablauf eines
Sonderprogramms darstellen. Über eine einfach einzubindende serielle Schnittstelle können für den Betrieb wesentliche Parameter des
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Synchron-Kompaktantriebs ausgelesen werden,
welche Auskunft über den Zustand der gesamten Anlage geben. Außerdem ist eine Einbindung in eine bestehende Prozesssteuerung
mittels eines CAN-Netzwerks möglich.
Für einen problemlosen Betrieb an allen einphasigen Netzen ist im Netzeingang eine ­Power
Factor Correction (PFC) enthalten. Diese sorgt
dafür, dass der Antrieb vom Netz nur die Wirkleistung aufnimmt. Zudem gewährleistet sie bei
größeren Netzschwankungen einen kontinuierlichen Betrieb. Der Netzeingang wurde für den
Anschluss in öffentlichen Niederspannungsnetzen ausgelegt und erfüllt die Grenzwertkurve B
nach DIN EN 61800-3 (VDE 0160-103) [4].
Weitere Filter sind nicht erforderlich, sodass
dem Anwender keine zusätzlichen Kosten für
eine Entstörung entstehen. Im Gegensatz zu
einer Kombination von Umrichter und Motor
entfällt sogar die geschirmte Netzanschluss­
leitung.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Förderleistung jederzeit auf die Prozessparameter angepasst werden kann. Dadurch verringern sich
die mechanischen Belastungen auf die Anlagenbauteile, was wiederum zu einer erhöhten
Systemverfügbarkeit und längerer Lebensdauer führt. Sollte eine Pumpe dennoch einmal
ausfallen, wird die Fehlererkennung mithilfe
verständlicher Fehlermeldungen des Antriebs
vereinfacht. Der defekte Antrieb ist an der
Pumpe leicht austauschbar.
Fazit
Der Einsatz einer Pumpe mit angeschlossenem Synchron-Kompaktantrieb Hamotic
­Varicon bietet für den Anwender vielseitige
Vorteile. Beispielsweise die bei einer Kombination von Standardumrichter und Motor
normalerweise aufwendige Fehlersuche sowie
die nach dem Einbau eines neuen Umrichters
erforderliche Parametrierung. Jeder SynchronKompaktantrieb wird ab Werk mit vom Kunden
vorgegebener Funktionalität geliefert und steht
nach der Montage sofort für einen sicheren
Betrieb zur Verfügung.
Literatur
[1]Verordnung (EG) Nr. 640/2009 der Komission der
europäischen Gemeinschaften vom 22. Juli 2009 zur
Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG des Euro­
päischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die
Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte
Gestaltung von Elektromotoren. Amtsblatt Nr. L191
vom 23.7.2009 S. 26-34. Luxemburg: Amt für amtl.
Veröffentlichungen
[2]Hendor BV, Bladel/Niederlande: www.hendor.com
[3]Hanning Elektro-Werke GmbH & Co. KG,
Oerling­hausen: www.hanning-hew.com
[4]DIN EN 61800-3 (VDE 0160-103):2005-07 Drehzahl­
veränderbare elektrische Antriebe – Teil 3: EMV-Anforderungen einschließlich spezieller Prüfverfahren.
Berlin · Offenbach: VDE VERLAG
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