Entdecken Sie energieeffiziente Antriebslösungen von Mitsubishi Electric

Daher ist eine kontinuierliche Verbesserung der Energieeffizienz elektrischer Antriebe anzustreben, was sich unmittelbar sowohl auf Umweltprobleme als auch auf die finanzielle Leistungsfähigkeit des Fertigungsunternehmens auswirken wird. Der Einsatz von Lösungen zur Senkung des Energieverbrauchs bleibt daher ein äußerst sensibles Thema.

Wie lassen sich also Wege finden, Energie zu sparen, ohne in neue Elektromotoren zu investieren? Wie lässt sich das volle Potenzial modernster Antriebe ausschöpfen?

Zu den wirksamsten Lösungen, die zu Einsparungen beim Energieverbrauch führen, gehört die Optimierung der Betriebsbedingungen des Antriebs. In der industriellen Automatisierung wird der Einsatz von Frequenzumrichtern, auch als Inverter bekannt, zu einem äußerst wirksamen Instrument zur Senkung des Stromverbrauchs.

Ökologisch und wirtschaftlich effizient

Die von Mitsubishi Electric hergestellten Umrichter der Serie FR-E800 sind mit einer Reihe innovativer Lösungen ausgestattet, die sich positiv auf die Antriebssysteme und deren Energieeffizienz auswirken. Eine davon ist der völlig einzigartige Modus zur Optimierung der Erregungsregelung. Er ermöglicht Energieeinsparungen von bis zu 20 % gegenüber dem herkömmlichen Energiesparmodus, der in konventionellen Umrichtern verwendet wird.

Wie unterstützt Optimum Excitation Control (Optimierung der Erregungsregelung) die Energieeinsparung?

Erregungsverluste, mitunter auch als Kernverluste oder Eisenverluste bezeichnet, sind eine Kategorie von Energieverlusten, die in Elektromotoren aufgrund der magnetischen Eigenschaften der Materialien auftreten, aus denen der Motorkern besteht. Sie sind nicht von der Motorlast abhängig, sondern stehen in direktem Zusammenhang mit dem magnetischen Fluss im Motor. Sie werden in zwei Haupttypen unterteilt:

1. Hystereseverluste - entstehen durch die Umkehrung der Magnetisierung im Eisenkern des Motors. Wenn sich das Magnetfeld ändert, richten sich die magnetischen Domänen im Kernmaterial ständig neu aus, was zur Energiedissipation führt. Die magnetischen Eigenschaften des Materials und die Frequenz des Magnetfelds sind für die Hystereseverluste ausschlaggebend;

2. Wirbelstromverluste - zirkulierende Ströme sind Wirbelströme, die durch ein wechselndes Magnetfeld im Kernmaterial induziert werden. Diese Ströme fließen in geschlossenen Schleifen und stoßen auf Widerstand, was zu Energieverlusten führt. Die Wirbelstromverluste hängen von der Dicke und der Frequenz des Magnetfelds ab, d. h. von der elektrischen Leitfähigkeit des Kernmaterials.

Beide Verlustarten tragen zu den Erregungsverlusten des Elektromotors bei, die sich als Wärme im Inneren des Motors bemerkbar machen und seinen Gesamtwirkungsgrad verringern. Es ist jedoch zu beachten, dass die Erregungsverluste unabhängig von der Last oder der Drehzahl des Motors in der Regel relativ konstant bleiben. Daher steigt bei niedrigen Drehzahlen und geringen Lasten das Verhältnis der Erregungsverluste zu den Gesamtverlusten deutlich an. Ganz allgemein lässt sich sagen, dass Erregungsverluste zwar einen Teil der Gesamtverluste eines Elektromotors ausmachen, unter Nennbetriebsbedingungen jedoch im Vergleich zu anderen Verlusten wie Kupferverlusten oder mechanischen Verlusten tendenziell einen relativ kleinen Anteil haben. Im Betrieb bei geringer Last machen sie jedoch einen erheblichen Teil der Gesamtverluste aus.

In diesem Zusammenhang wird der bei den Umrichtern der Serien FR-E800 und FR-F800 von Mitsubishi Electric eingesetzte Modus Optimum Excitation Control zu einem wertvollen Instrument. Dieser Modus ermöglicht es dem Umrichter, den dem Motor zugeführten Stromvektor intelligent in zwei Komponenten aufzuteilen – den für die Aufrechterhaltung des Drehmoments verantwortlichen Strom und den für die Erregung verantwortlichen Strom. Während der 'Drehmomentstrom' konstant bleibt, lässt sich die für die Magnetisierung verantwortliche Komponente auf ein sicheres Niveau absenken, sodass der Motor weiterhin gleichmäßig läuft.

Kurz gesagt arbeiten viele Inverter in Anwendungen zum Antrieb von Lüftern und den meisten Pumpen im Teillastbetrieb. Durch die Wahl von Invertern der Serie FR-E800 und deren optimale Anpassung an die Regelung einer Pumpe oder eines Lüfters sind Einsparungen von durchschnittlich 20 % gegenüber dem herkömmlichen Regelungsmodus zu erwarten, der bei dieser Art von Anwendung eingesetzt wird.

Hocheffiziente IE5-Motoren und ihr Betrieb

IE5-Motoren, die sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnen, sind überwiegend als Synchronmotoren ausgeführt. Dies stellt eine Herausforderung für die Umrichter dar, insbesondere im Hinblick auf die optimale Abstimmung und Regelung. Einfache Asynchronmotoren lassen sich mit einem Umrichter im skalaren Modus stufenlos regeln, ohne dass eine automatische Abstimmung konfiguriert werden muss. Motoren wie IPM (innenliegende Permanentmagnete), SPM (oberflächenmontierte Permanentmagnete), BLDC (bürstenlose Gleichstrommotoren) oder SynRM (Synchronreluktanzmotoren) erfordern jedoch für einen effizienten Betrieb ausgereifte Umrichter, die mit entsprechenden Regelungsalgorithmen ausgestattet sind.

Unabhängig vom Hersteller und vom Typ der unterstützten Motoren bieten die Umrichter der Serie FR-E800 flexible Antriebslösungen. Entscheidend ist, dass sie die Gesamtbetriebskosten der Anlage für die Endanwender optimieren.

Im nächsten Teil erfahren wir mehr über die Bedeutung der automatischen Abstimmung und finden heraus, ob jeder Umrichter einen leistungsstarken IE5-Motor betreiben kann und wie Ihnen Inverter, die der EcoDesign-Richtlinie unterliegen, beim Energiesparen helfen können.

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