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Schwerpunkt Antriebstechnik

Synchron-Reluktanzmotor – Der Energieverbrauch spielt auch bei Elektromotoren eine immer größere Rolle. Statt der bekannten Asynchron- und Synchronmotoren kommt deshalb immer öfter der Synchron-Reluktanzmotor zum Einsatz. von Thomas Herold

02. Februar 2018

Gerade die Motoren nehmen bei der Steigerung der Energieeffizienz eine immer zentralere Rolle ein. Hier bietet der Synchron-Reluktanzmotor eine sehr gute Alternative zu den Asynchron- und Synchronmotoren: Er ist energieeffizienter und weist im Volllast- und Teillastbereich einen höheren Wirkungsgrad auf, was wiederum zu reduzierten Lebenszykluskosten führt. Weitere Vorteile sind eine schnelle und einfache Inbetriebnahme und hohe Betriebssicherheit sowie hohe Überlastfähigkeit. Die Synchron-Reluktanzmotoren sind als vollwertiger Ersatz für Asynchron- und Synchronmaschinen in verschiedenen Anwendungen für einen drehzahlvariablen Betrieb im Paket mit einem Frequenzumrichter entwickelt. Besonders geeignet sind die BSR-Motoren für industrielle Anwendungen, wie beispielsweise in Pumpen, Lüftern, Mischern und Dosierern.

Der Synchron-Reluktanzmotor ist ein Elektromotor, der herkömmliche dreiphasige Asynchronmotoren mit einem innovativen Rotor kombiniert. Die Besonderheit dieses Rotors ist die magnetische Anisotropie, die durch optimal konstruierte Flussbarrieren erreicht wird.

Dank der Anisotropie ist es möglich, das Reluktanzprinzip für die elektromagnetische Energieumwandlung ohne Verwendung von Permanentmagneten oder Käfigläufern zu nutzen. Die Rotorkonstruktion ergibt, dank der Flussbarrieren in der Laminierung, eine geringere Trägheit und eine bessere Dynamik in Bezug auf einen Asynchronmotor vergleichbarer Größe. Das Fehlen von Stromwärmeverlusten ermöglicht eine Verbesserung der Motorleistung in Bezug auf einen Asynchronmotor – sowohl hinsichtlich des Wirkungsgrades als auch der Leistungsdichte.

Doppelte Leistung

Bei gleicher Statorlänge wie die 4-polige Standardmotorreihe der Effizienzklasse IE2 erreichen die neuen Synchron-Reluktanzmotoren BSR von Bonfiglioli die Effizienzklasse IE4 oder alternativ auf der Grundlage der Effizienzklasse IE2 bei gleichem Motorvolumen die doppelte Leistung. Das sind Verbesserungen, die in der Anwendung entscheidende Vorteile mit sich bringen.

Bonfiglioli bietet zwei Packages aus Motor und Umrichter an: ein »High-Efficiency«-Paket auf IE4-Standard und ein »High-Power-Density«-Paket mit voller Dynamik und präziser Geschwindigkeitsregelung bei sensorlosem Einsatz. Das i-Tüpfelchen dabei ist, dass die Kosten des Antriebssystems mit Motor, Getriebe und Umrichter kaum höher sind als vergleichbare Standard-Induktionslösungen.

Der BSR-Motor ist in sechs Baugrößen von IEC71 bis IEC132 und in Leistungsgrößen von 0,37 bis 18,5 Kilowatt erhältlich. Das »High-Efficiency«-Paket auf IE4-Standard ermöglicht im Handumdrehen die Effizienzerhöhung einer Bestandsmaschine. Bei gleicher Baugröße bietet der Motor in Verbindung mit optimierter Antriebssoftware hohen Effizienzgewinn, der sich in geringeren Betriebskosten auszahlt.

Große Vorteile für notwendigen Bauraum ergeben sich beim »High-Power-Density«-Paket in Verbindung mit dem umfangreichen Getriebeprogramm von Bonfiglioli: Bei gleicher Ausgangsleistung benötigen die Motoren deutlich weniger Platz. Der Antrieb baut kürzer und – inklusive Klemmenkasten – auch nicht mehr so hoch; je nach Anwendung kann der Vorteil bis zu zwei Baugrößen ausmachen. Daraus ergeben sich mehr geometrische Freiheiten für den Maschinenkonstrukteur bei gleichzeitiger Kompatibilität zu den Standard-IEC-Flanschgrößen. hjs

"Energieeffizienter und höherer Wirkungsgrad"

Stéphane Surmon, Business Development Manager und Product Manager bei Bonfiglioli Vectron MDS GmbH - Herr Surmon, Bonfiglioli hat zur SPS den Synchron-Reluktanzmotor BSR vorgestellt. Was sind die wesentlichen technischen Merkmale eines Synchron-Reluktanzmotors?

Als Erstes fällt mir dazu die hohe Effizienz ein, da es sich um einen IE4-Motor handelt. Zudem hat er keinen Motorschlupf, was die Drehzahlgenauigkeit und die Geschwindigkeit verbessert. Ein Synchron-Reluktanzmotor hat keinen Käfigläufer, also entstehen keine Rotorverluste. Dadurch verlängert sich die Lebensdauer der Lager. Zudem werden keine Magnete verbaut. Unsere Synchron-Reluktanzmotoren werden über unseren Frequenzumrichter Active Cube mit neuer Vektorregelung (FOC Field Oriented Control) geregelt, die eine hochpräzise und dynamische Drehzahl- und Drehmomentregelung ermöglicht. Speziell für Anwendungen, die variable Lasten und Trägheit erfordern, ist das von Vorteil. Auch spricht die hohe Leistungsdichte im Vergleich zu Asynchronmotoren für den Synchron-Reluktanzmotor, bei dem die gleiche Ausgangsleistung mit Motoren in IEC-Größen eine oder zwei Stufen unterhalb der Asynchronmotoren erreicht werden kann.

Synchron-Reluktanzmotoren benötigen im Gegensatz zu Synchron- und Asynchronmotoren also einen zusätzlichen Frequenzumrichter – macht sie das nicht störungsanfälliger?

Auch Synchronmotoren (Permanentmagnetmotoren) benötigen einen Frequenzumrichter. Nur Asynchronmotoren sind selbstanlaufend. Der Vorteil bei der Verwendung von Frequenzumrichtern besteht darin, dass insbesondere in der Beschleunigungsphase weniger Strom verbraucht und somit Energie gespart wird. Eventuelle EMV-Störungen oder Oberschwingungen können durch den Einsatz zusätzlicher Filter reduziert werden.

Der Synchron-Reluktanzmotor wird immer öfter als Alternative zu Synchron- und Asynchronmotoren gewählt – was sind denn die größten Vorteile für den Anwender?

Für die meisten Anwendungen, die variable Lasten erfordern und mit Asynchronmotoren angetrieben werden, bietet die BSR-Motorenreihe von Bonfiglioli viele Vorteile – wie etwa hohe Effizienz bei niedrigen Kosten. Dank geringerer Trägheit der Rotorwelle im Vergleich zum Asynchronmotor von durchschnittlich 25 Prozent wird eine höhere Dynamik erreicht. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Zuverlässigkeit durch weniger Wärmeabgabe (keine Rotorverluste). Synchron-Reluktanzmotoren erreichen bei höherer Geschwindigkeit und bei gleicher IEC-Rahmengröße bis zur doppelten Leistung. Bessere Drehmoment- und Geschwindigkeitskontrolle (kein zu kompensierender Schlupf) sind ebenfalls vorteilhaft.

Und ist der Synchron-Reluktanzmotor dann auch preislich attraktiver als der Asynchronmotor?

Die Kombination aus Synchron-Reluktanzmotor und Frequenzumrichter wirkt sich aufgrund der höheren Effizienz schnell preislich aus. hjs

Erschienen in Ausgabe: 01/2018