Potenzial ausgereizt

Spezial

Asynchronmotoren – Der Betrieb von Antriebsachsen mit Asynchronmotoren – Der Betrieb von Antriebsachsen mit Umrichtern bietet zahlreiche Vorteile. Neu entwickelte Drehstrommotoren verbinden hohe Effizienz und Dynamik mit geringen Kosten.

21. März 2011

Immer mehr Antriebsachsen werden heute mit einem Frequenzumrichter zur elektronischen Regelung ausgestattet, mit denen sich die abgegebene Leistung exakt an den tatsächlichen Bedarf anpassen lässt. Die ist nicht zuletzt eine Folge der ErP-Richtlinie, die ab 2015 den Einsatz eines IE2-Motors mit Frequenzumrichter als Alternative zum IE3-Motor vorschreibt.

Als Motor dienen in diesen Fällen oft kostengünstige Drehstrom-Asynchronmaschinen, die auf Versorgungsnetze mit einer Spannungsfrequenz von 50 oder 60 Hertz ausgelegt sind und lediglich durch eine verstärkte Wicklungsisolation für den Umrichterbetrieb angepasst werden.

Maximaler Wirkungsgrad

Um die Vorteile des Frequenzumrichterbetriebs voll auszuschöpfen, hat Antriebs- und Automatisierungstechnikspezialist Lenze aus dem niedersächsischen Hameln den Nennpunkt seiner Lforce-Drehstrommotoren der Reihe MF mit Leistungen von 0,55 bis 22 Kilowatt jetzt auf eine Betriebsfrequenz von 120 Hertz ausgelegt, bei der der Wirkungsgrad eines klassischen vierpoligen Drehstrommotors sein Maximum erreicht. Zudem lässt sich bei einer höheren Frequenz die Drehzahl in einem weiteren Bereich einstellen.

Vorteile gegenüber herkömmlichen Drehstrommotoren bieten die umrichteroptimierten Motoren nicht nur wegen ihrer verbesserten Energieeffizienz, sondern auch aufgrund ihrer Kompaktheit und Dynamik. So können die MF-Motoren aufgrund der gestiegenen Leistungsdichte um bis zu zwei Baugrößen kleiner ausfallen als herkömmliche Drehstrommotoren gleicher Leistung:

Beispielsweise bietet die Baugröße 71 der neuen Baureihe eine Nennleistung von 1,5 Kilowatt, welche sich mit einem herkömmlichen Drehstrommotor erst in der Baugröße 90 realisieren lässt. Der erweiterte Grundstellbereich von 1:24 (5 bis 120 Hertz) erübrigt zudem in vielen Fällen den Einsatz eines kostspieligen Fremdlüfters, weil die MF-Motoren im Großteil des Stellbereichs auch schon durch den Eigenlüfter ausreichend gekühlt werden.

Kompakt und dynamisch

Ein weiterer Pluspunkt ist die hohe Dynamik der neuen Reihe aufgrund der geringen Achshöhe. Diese verringert das Massenträgheitsmoment deutlich und reduziert damit den Energieverbrauch bei Drehzahländerungen zusätzlich.

Genau wie Servomotoren sind die Drehstrommotoren der Reihe MF zudem weltweit von keiner Effizienzregulierung betroffen, sodass beim Export keine besonderen Länderspezifika berücksichtigt werden müssen. Insgesamt sind die Wirkungsgrade der neuen Baureihe jedoch vergleichbar mit denen der Effizienzklasse IE2.

Passende Getriebe

Eine besonders kompakte Lösung bietet der Hersteller aus Hameln auch beim Getriebe, schließlich erfordert die mehr als verdoppelte Nenndrehzahl der Motoren auch entsprechend höhere Getriebeübersetzungen, um eine Applikation mit der gleichen Drehzahl wie bisher betreiben zu können.

Hier ermöglichen die Lforce-Getriebe von Lenze diese Kompensation oftmals schon in einer zweistufigen Ausführung ohne zusätzliche Getriebestufe. Übersetzungsverhältnisse bis zu 1:60 erreichen die Niedersachsen dabei, indem sie das Getriebeeingangsritzel per Kegelpressverband kraftschlüssig in die Motorausgangswelle pressen, sodass das Getriebe deutlich kleiner ausfallen kann als ein auf der Welle platziertes Zahnrad.

Integrierte Lösung

Maximalen Nutzen bringen die genannten Vorteile bei einer Integration aller Komponenten zu einem kompletten Antriebssystem. Dazu kombiniert Lenze die Getriebemotoren mit den passenden zentralen oder dezentralen Umrichtern vom Typ Inverter Drives 8400 mit der intelligenten Energiesparfunktion VFCeco, die den Magnetisierungsstrom automatisch an die Last anpasst und damit den Energieverbrauch des Antriebssystems um bis zu 30 Prozent senkt.

Die neuen Motoren nutzen damit erstmals alle Möglichkeiten, die der Betrieb mit Frequenzumrichtern bietet. Gegenüber herkömmlichen Drehstrommotoren ergibt sich damit ein deutlicher Performancezuwachs in Form höherer Effizienz, größerer Dynamik, eines weiten Stellbereichs sowie eines kompakten Aufbaus.

Zudem ist es Lenze nach eigenen Angaben gelungen, die MF-Motoren kostengünstiger anzubieten als leistungsgleiche 50-Hertz-Drehstrommotoren, so dass sich mit den neuen Systemen neben den technischen auch alle wirtschaftliche Möglichkeiten ausschöpfen lassen.

Auf einen Blick

Die MF-Motoren von Lenze sind auf eine Betriebsfrequenz von 120 Hertz ausgelegt. Die höhere Frequenz ermöglicht höhere Drehzahlen und damit mehr Leistung als konventionelle Asynchronmaschinen gleicher Baugröße.

Das niedrige Massendrehmoment erlaubt hochdynamische Anwendungen

Durch Integration eines dezentralen oder zentralen Umrichters lässt sich der Energieverbrauch um bis zu 30 Prozent senken.

Erschienen in Ausgabe: 02/2011