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Wertvolle Tipps zur Effizienz und Dimensionierung von Antriebssystemen: Ausgabe 02/2019, 09.10.2019

Das Optimierungspotenzial ausschöpfen – der Umwelt zuliebe

Elektromotoren finden sich überall: in der Industrie, in autonomen Geräten und anderen Anwendungen. Im industriellen Bereich bedarf es besonderer Zuverlässigkeit zur Vermeidung von Produktionsausfällen. Daher ist der Energieverbrauch ein wichtiger Aspekt, denn knapp die Hälfte der in Europa verbrauchten elektrischen Energie entfällt auf Elektromotoren. Vier Tipps zum Energie sparen.

Bilder: Distrelec; Siemens

Erhebliche Steigerungen der Energieeffizienz moderner Motoren vermögen deren Energieverbrauch zu senken. Ausserdem wird die vorausschauende Wartung durch neue Techniken verbessert, etwa durch dezentrale IoTbasierende Monitoring-Systeme für Motoren und ganze Anlagengruppen. Andrew Guest, Distrelec, erläutert anhand von vier Tipps, wie im Einzelnen optimiert werden kann.

Tipp 1 – Richtig dimensionieren
Zuviel Reserve bedeutet immer: zuviel Gewicht und ein ungünstiger – ineffizienter – Betriebsbereich. Antriebe, die für den Dauerbetrieb geplant werden und die also per se ein hohes Energiesparpotenzial haben, müssen also hinsichtlich aller Komponenten geprüft werden: Motor, drehzahlvariabler Antrieb (VSD), Servoantrieb, Stellantrieb – stimmen Grösse, Leistung, Kennlinien? Im Übrigen geht der Trend natürlich zu kompakten, leichten, aber trotzdem leistungsstarken Motoren mit hoher Effizienz.
Kompakte Lösungen, die in verschiedenen Leistungsklassen verfügbar sind und eine geringe Baugrösse haben, können sinnvoll sein. So sind etwa die S1-Servoantriebe von Omron sehr kompakt, und die Grösse bleibt unabhängig von der Leistung immer die gleiche. Die PMD-Überwachungsrelais von Pilz überzeugen ebenfalls mit kompakter Bauweise. Sie sparen Platz im Schaltschrank und decken einen grossen Bereich an Überwachungsaufgaben im Automationsbereich ab.
Beim Stellantrieb lässt sich mit den JCQ Kompaktzylindern von SMC bis zu 45 % Platz sparen im Vergleich zu früheren Modellen der gleichen Leistungsklasse.

Tipp 2 – Effizienz steigern
Einerseits ist bereits durch die EU-Norm Ökodesign-Regulationen 640/2009 und 4/2014 vorgeschrieben, dass neue Motoren mit einer Nennleistung von 0,75 bis 375 kW mindestens der Effizienzstufe IE3 (oder IE2 in Kombination mit VSD) entsprechen müssen. Andererseits ist es erstrebenswert und wirtschaftlich, den Stromverbrauch – also die Kosten – durch zusätzliche Massnahmen zu drücken.
Wie kann man die Effizienz steigern? Die Beachtung der Leistungsbewertung eines Motors und/oder seine Kombination mit einem VSD ist die offensichtliche Lösung, aber es gibt auch noch andere wichtige Faktoren, die zu beachten sind. Etwa bei Schrittmotoren spielt der Energieverbrauch für das statische Halten eine enorme Rolle. Trinamic bietet deshalb perfekt aufeinander abgestimmte Mechatronik-Lösungen aus Schrittmotor und Treiber an, die eine Ersparnis bis 75 % erlauben.
Der Kern ist eine automatische  Stromskalierung und Lastanpassung, denn nur selten wird das maximale Drehmoment benötigt. Als Nebennutzen fällt weniger Verlustwärme an, was die Lebensdauer des Systems signifikant verlängert. Komponenten wie Motorschutzrelais können ebenso eine Schlüsselrolle dabei spielen, die Energieeffizienz zu erhöhen. Das Sirius-Sortiment von Siemens schaltet zum Beispiel automatisch ab, wenn ein Motor den definierten Betriebszustand verlässt (z.B. wenn eine Pumpe blockiert oder leerläuft) und bietet dank seiner Leistungsfaktor-Überwachfunktion auch reaktive Leistungskompensation.

Tipp 3 – Vorbeugende Wartung
Ungewöhnliche Vibrationen, (punktuelle) Temperaturabweichungen, eine erhöhte Stromaufnahme und die Verringerung des Isolationswiderstandes sind Anzeichen für drohende Defekte. Die genannten Parameter müssen also konstant überwacht werden – was mit den neuesten IoT-fähigen Überwachungsgeräten einfach zu bewerkstelligen ist.
Die K6CM-Motorüberwachungsrelais von Omron monitoren automatisch und kontinuierlich Vibration, Temperatur, Stromaufnahme und Isolationswiderstand von bis zu zehn Motoren. Durch die dreifarbige Motorstatusanzeige auf einer Alarmleiste – Grün (normal), Gelb (Warnung) und Rot (kritisch) – werden Abweichungen sofort gemeldet, so ist eine visuelle Erstkontrolle im Vorbeigehen möglich. Eine weitere Schlüsselkomponente bei der Überwachung des Motorstatus sind Steuerungen. Durch die Verbindung zu Überwachungsgeräten wie Überwachungsrelais und -sensoren bieten Steuerungen wie Schneiders Modicon M221 sofortigen Zugriff auf die relevanten Motordaten – über Ethernet, drahtlos und über Webserver. Die Statusmeldungen sind per Smartphone oder Tablet abrufbar. Die Parametrierung oder spontane Korrekturen werden per Fernwartung auf gleichem Wege durchgeführt.
Steuerungsstarterkits, wie sie z.B. von Siemens angeboten werden (inklusive Energiemodule und Software), bieten einen guten Ansatzpunkt. Es gibt eine grosse Auswahl, die alle Niveaus abdeckt.

Tipp 4 – Kontinuierliche Überwachung
Überwachungsgeräte können die meisten Betriebsstörungen verhindern und die Lebensdauer eines Motors verlängern. Aber auch der Schutz vor Gefahren wie plötzlicher Überlastung ist essenziell, um die Antriebe, die Anlagen und die Bediener zu schützen. Dafür gibt es Sicherheitsrelais. Dabei kommt es auf Merkmale wie Bedien- und Installationskomfort, Vielseitigkeit und die Möglichkeit der Integration in IoT-Infrastrukturen an.
Das PMD-Relais-Sortiment von Pilz bietet zum Beispiel Einrasttechnologie zur einfachen, werkzeuglosen Installation. Die Relais sind leicht zu bedienen, da man Parameter schnell mit einem Schraubendreher an der Vorderseite des Geräts einstellen kann.
Die Sirius-ATEX-Motorschutzrelais von Siemens sind für den Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen vorgesehen. Über IOLink lassen sie sich mühelos mit einer übergeordneten Steuerung verbinden und in eine Automatisierungsumgebung integrieren. Mit dieser Funktion kann man dank integrierter Diagnosefunktionen und lesbarer Parameterzuordnung die Systemverfügbarkeit erweitern und die Systemdokumentation erleichtern.

Infoservice
Distrelec
Grabenstrasse 6, 8606 Nänikon
Tel. 044 944 99 11, Fax 044 944 99 88
info@distrelec.com, www.distrelec.ch

 



Knapp die Hälfte der in Europa verbrauchten elektrischen Energie entfällt auf Elektromotoren – es besteht Handlungsbedarf


Die Sirius-Motorschutzrelais lassen sich über IO-Link mit einer übergeordneten Steuerung verbinden