Sinamics GH180, Bild: Siemens

Die neue Generation des Sinamics Perfect Harmony GH180 ist um 20 Prozent schmaler als vergleichbare Umrichter. Bild: Siemens

Mittelspannungsumrichter sind eine Klasse für sich. Sie kommen zum Einsatz, wenn die Motorleistung sich in Richtung der Ein-Megawatt-Grenze bewegt. In dieser Leistungsebene setzt man auch keine Niederspannungsumrichter ein, die bei Bedarf auf dem Motor direkt montiert werden könnten. Wir sprechen von ausgewachsenen Schaltschränken, in denen der Monteur auch mal eine Leiter braucht, um an die Lüfter an der Oberseite zu gelangen. Nichtsdestotrotz legen auch hier Kunden Wert auf eine kompakte Bauweise. Denn typische Einsatzszenarien sind Pumpen, Lüfter, Kompressoren sowie verschiedene weitere Applikationen in der Energieerzeugung, im Bergbau sowie in der Metall-, Zement-, Chemie-, Wasser-, Öl- und Gas-Industrie. Und wie man weiß, ist der Platz nicht nur auf einer Bohrinsel begrenzt. Hinzu kommt, dass die sogenannten E-Häuser, die bei Mittelspannungsanlagen aus Sicherheitsgründen meist getrennt von der restlichen Anlage positioniert sind, oft in Container eingebaut werden. Für diese gilt: Alles, was in einen Standard-Container passt, lässt sich kostengünstig transportieren. Container in Sonderformaten kosten Aufpreis.

Für enge Bauräume optimiert

GH180, Bild: Siemens
Aufgrund seiner nahezu sinusförmigen Ausgangsspannung kann der GH180 beliebige Motoren ohne Zusatzbelastung betreiben. Bild: Siemens

All diese Gründe gaben bei Siemens den Ausschlag, bei der Entwicklung der neuen Generation des weit verbreiteten GH180-Umrichters besonders auf die Baugröße zu achten. „Unser Ziel ist es, mit dem Sinamics Perfect Harmony GH180 im Markt der Beste bezüglich des Footprints zu sein“, erklärt Thomas Kühnrich, der zuständige Marketingverantwortliche für die Mittelspannungs-Antriebstechnik. „Und das ist uns auch gelungen. Diese Kompaktheit werden Sie in der Megawatt-Range nirgends finden, da sind wir wirklich Marktführer in Sachen Platzbedarf.“

Gelungen ist dies den Technikern durch den Einsatz neuester Leistungselektronik. Das aktualisierte Zellendesign ermöglicht schmalere und leichtere Zellen im Umrichter, die zugleich mehr Leistung erzeugen. Moderne Kondensatoren und Chips sind kleiner, und auch die Zahl der verwendeten Bauteile konnte um gut 30 Prozent reduziert werden. Hinzu kommt, dass das Zellengehäuse ebenfalls aus sehr leichten Bauteilen besteht, was das Gewicht weiter reduziert.

Die effiziente Bauweise wird durch das neue Transformatordesign unterstützt. All das zusammen verringert die Baubreite des neuen GH180 um etwa 20 Prozent. Der integrierte Transformator macht darüber hinaus die Inbetriebnahme sehr simpel: Drei Kabel zum Netz, drei Kabel zum Motor, schon ist der Umrichter angeschlossen. Digitale Assistenten führen auf dem neuen Touch-Display bei Bedarf durch den Einrichtungsvorgang. Dank seiner Bauweise kann der Umrichter in einem weiten Bereich von Spannungen und Ausgangsleistungen angepasst werden und ist auch für Applikationen mit mehreren Kilometern Kabellänge geeignet.

Schöne Wellen: die hohe Spannungsqualität

Bedienelemente an der Türe, Bild: Siemens
Auch die Bedienelemente an der Türe wurde nach aktuellem Standard mit Touch-Display überarbeitet. Bild: Siemens

Oft wird bei Mittelspannungsumrichtern mit entsprechenden Hochspannungs-IGBTs oder mit Thyristoren gearbeitet. Das Prinzip des GH 180 ist anders. Das 1994 von der Firma Robicon entwickelte Konzept arbeitet mit mehreren in Reihe zusammengeschalteten Niederspannungszellen, die in der Summe am Umrichterausgang die geforderte Mittelspannung bereitstellen. Ein wesentlicher Effekt dieser Bauweise ist es, dass der Umrichter eine nahezu sinusförmige Ausgangsspannungsform erzeugt – der Namenszusatz „Perfect Harmony“ betont das. Dadurch kann das Gerät praktisch beliebige Motoren, alt oder neu, langsam- oder schnelllaufend, ohne jegliche Zusatzbelastung betreiben. Das ist vor allem für Retrofits interessant, bei denen auch mal 50 oder 60 Jahre alte Motoren integriert werden sollen.

Ein weiterer Vorteil ist, dass Motoren nun nicht mehr zur Kompensation einer schlechten, treppenförmigen Ausgangsgüte des Stroms überdimensioniert werden müssen. „Das Prinzip hat schon bei der Einführung für Furore gesorgt“, sagt Kühnrich. „Als das Konzept 1994 vorgestellt wurde, erwartete man, im ersten Jahr nur zwei bis vier Einheiten zu verkaufen. Tatsächlich wurden aber ganze 47 Exemplare in diesem konservativen Markt verkauft, weil die neue Technologie im Vergleich zur damals vorherrschenden Thyristortechnik so ein enormer Durchbruch war.“