Antriebssysteme und deren Komponenten

Für Antriebssysteme und deren Komponenten konkretisiert die unlängst veröffentlichte Norm EN 50598 viele Anforderungen des Ökodesigns – vor allem bei Pumpen, Lüftern und Kompressoren. Bild: Siemens

Der Trend zu erhöhter Energieeffizienz ist ungebrochen und erfährt Tag für Tag neue Impulse. Mit der Veröffentlichung der Norm EN 50598 wurde Ende 2014 ein wichtiges Instrumentarium auf den Weg gebracht. Die beiden Teile 1 und 2 der Norm ermöglichen eine einheitliche energetische Analyse elektrisch angetriebener Arbeitsmaschinen. Entscheidend ist, dass nicht mehr nur einzelne Komponenten wie zum Beispiel Motoren bezüglich ihrer Energieeffizienz bewertet werden, sondern das gesamte elektrische Antriebssystem.

Inhalt der neuen EN 50598 ist, dass in Antriebssystemen, bestehend aus Motor mit Frequenzumrichter oder Motorstarter, die Verluste an definierten Betriebspunkten erfasst werden. Hierzu wurden acht typische Betriebspunkte ausgewählt. Sie erlauben eine vereinfachte Bewertung der unterschiedlichen Belastungsprofile, wie man sie bei Pumpen, Lüftern oder Kompressoren kennt. Ergebnis: Durch einheitliche Rahmenbedingungen lassen sich verschiedene Antriebssysteme für eine Applikation vergleichen – auch unter Teillastbedingungen.

Blick auf den kompletten Antrieb

energetischer Vergleich
Standardisierte Verlustleistungsangaben des Motorsystems ermöglichen einen energetischen Vergleich des angetriebenen Systems. Bild: Siemens

Während Motoren und Frequenzumrichter in IE-Effizienzklassen eingeteilt sind, erfolgt eine Klassifizierung bei gesamten Antriebssystemen in so genannten IES-Klassen. Ein System der Effizienzklasse IES 2 ist energieeffizienter als IES 1 oder IES 0.

In der Praxis ermöglicht das Betrachten des kompletten Antriebsstrangs größere Einsparungen als die isolierte Optimierung der einzelnen Komponenten. Darum betrachtet die Norm EN 50598 nicht nur den Einspeiseabschnitt, die Hilfseinrichtungen und das Antriebsgrundmodul separat, sondern fasst sie als Motorregelsystem als eine Einheit auf. Ein Beispiel für solche Motorregelsysteme sind Frequenzumrichter als so genannte Complete Drive Modules (CDM).

Die nächsthöhere Einheit, das „Motorsystem“ (MS) besteht aus einem Motor und einem CDM, das so genannte „Power Drive System“ (PDS) oder einem Motor mit einem Motorstarter. Für ein CDM mit Rückspeisefunktionalität kann die Norm optional angewendet werden.

Für den „Erweiterten Produkt-Ansatz“ (EPA) der elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschine wird zusätzlich die angetriebene Einrichtung inklusive der Kraftübertragung in die Effizienzbewertung mit einbezogen. Die Norm ist gültig für Antriebssysteme in einen Leistungsbereich zwischen 0,12 kW und 1000 kW sowie für Anschlussspannungen von 100 V bis 1000 V.

Hohe Einsparmöglichkeiten mit Integrated Drive Systems

Integrated Drive Systems (IDS)
Mit Integrated Drive Systems (IDS) bietet Siemens vom Motor bis zur Steuerung ganzheitlich optimierte Antriebslösungen an. Von der damit erreichbaren Energieeffizienz etwa großer Lüftungsanlagen profitieren Anlagenbetreiber. Bild: Siemens

Die Norm legt Effizienzklassen für CDM und PDS fest. Siemens bietet im Zuge seiner IDS-Strategie bereits eine Reihe von CDM-Lösungen und PDS-Gesamtlösungen an, die der neuen Norm entsprechen. Hierzu zählen Kombinationen aus Simotics-FD-Motoren und Sinamics-G120-P-Frequenzumrichtern.

Diese sind beispielsweise für Pumpen, Lüfter und Kompressoren optimiert. Aber auch Vertreter der Motorenbaureihen Simotics GP/SD wie z. B. die VSD10-Linie und Reluktanzmotoren in Kombination mit Frequenzumrichtern Sinamics G120 können als energieeffiziente CDM genannt werden.

Entscheidend ist, welche Vorteile Anwender in der Praxis aus der Einführung der EN 50598 ziehen. Zur Eingruppierung in die jeweilige IES-Systemeffizienzklasse gibt die Norm im Nennbetriebspunkt Referenzwerte vor: Weichen die Verluste mehr als 25 Prozent (bei CDM) beziehungsweise 20 Prozent (bei PDS) vom Referenzwert ab, erfolgt die Eingruppierung in eine andere Effizienzklasse. Stellte der Vergleich von Antriebssystemen, insbesondere im Teillastbereich, früher eine Herausforderung dar, vereinfacht die Norm durch die einheitlichen Referenzwerte diesen Vergleich nun erheblich.

Das Konzept der Integrated Drive Systems gewinnt dadurch in Zukunft weiter an Bedeutung. Nutzen nämlich Hersteller von Maschinen und Anlagen die von Siemens zur Verfügung gestellten Möglichkeiten, lassen sich wirtschaftliche, ökologische und nachhaltige Gesamtlösungen ohne großen eigenen Aufwand einsetzen. Im Sinne von IDS bedeutet dies aufeinander abgestimmte Motoren und Frequenzumrichter.

Der Norm entsprechende Werte stellt Siemens in Verbindung mit den am Markt etablierten Lösungen zur Verfügung und arbeitet daran, selbst die PDS-Werte für ganze Antriebssysteme in elektronischen Auswahltools wie zum Beispiel DT-Konfigurator darzustellen.

Ein Beispiel für ein energieeffizientes Antriebssystem ist die Kombination von Motoren Simotics FD und Frequenzumrichtern Sinamics G120 P für den effizienten Betrieb von Pumpen, Lüftern und Kompressoren. Ein solches Antriebssystem ist mindestens 35 Prozent verlustärmer als das in der Norm definierte Referenzsystem. Dies hat erhebliche Energiekosteneinsparungen zur Folge und ermöglicht eine Einstufung in die höchste Effizienzklasse IES 2. Aufgrund der optimalen Geräteabstimmung gibt es nicht nur geringere Verluste, sondern auch spürbar weniger Geräusche.