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Effizient, Effizienter, Reluktanz

Text: Henrik Bräutigam, ABB Automation Products Foto: ABB Automation Products
Effizienz wird heute in den allermeisten Unternehmen groß geschrieben. Ein Wasserversorger in England hat jetzt seine Stromkosten für den Pumpenbetrieb senken können; durch ein Antriebspaket mit Synchronreluktanzmotor.

Das Unternehmen South Staffordshire Water versorgt weite Teile des sogenannten Black Country, eines Ballungsgebiets nördlich und westlich des englischen Birminghams, mit Wasser. Täglich liefert das Unternehmen 330 Millionen Liter an etwa 500000 Haushalte und 36000 Geschäftskunden. Der Wasserversorger wollte in seiner Pumpstation Somerford einen 20 Jahre alten 115KW-Asynchronmotor ersetzen, mit dem eine Bohrlochpumpe betrieben wird, die pro Tag 2,5 Millionen Liter Wasser fördert. Das, obwohl der Motor bereits mit einem Frequenzumrichter ausgestattet war, denn dieses Energieeinsparpotenzial war bereits ausgeschöpft. Das Wasserwerk war an einem Testbetrieb des neuen Synchronreluktanzmotors von ABB interessiert und der vorhandene Antrieb wurde gegen einen Frequenzumrichter mit leistungsstärkeren Kernprozessor und entsprechender Software ausgetauscht. Der Umrichter von Typ ACS850 ermöglicht den Betrieb mit einem Synchronreluktanzmotor zusammen mit der weiterentwickelten direkten Drehmomentregelung, durch die Drehgeber und Drehzahl-Rückführgeräte entfallen können.

Große Förderhöhe, sinkender Energieverbrauch

„Das neue Antriebspaket erzielt eine Verbrauchsreduzierung um 6 Prozent“, so Supply Director Keith Marshall nach der Installation von ABB. „Wir haben jährliche Stromkosten von mehr als 9 Millionen Pfund (rund �??�?? Millionen Euro). Etwa 90 Prozent davon entfallen auf die Wasserpumpen, denn wir haben wegen des hügeligen Terrains unseres Einzugsgebiets die größte Förderhöhe aller britischen Wasserwerke.” Der Rotor eines Synchronreluktanzmotors hat weder einen Kurzschlusskäfig wie beim Asynchronmotor noch Permanentmagnete oder eine Felderregerwicklung. Stattdessen wird das Prinzip der magnetischen Reluktanz verwendet. Durch die überarbeitete Rotorkonstruktion entfallen die durch den Läuferkäfig verursachten Verluste, wodurch die Effizienz gesteigert wird und sich kompaktere Abmessungen ergeben. Die Standardleistung und -drehmomentstufen werden mit einer niedrigen Wärmeklasse erreicht, was die Lebensdauer der Motorisolation und der Lager sowie die Schmierintervalle verlängert. Bei South Staffs Water führte diese Konstruktion zu einer Reduzierung der Temperatur-Hotspots am Gehäuse um 58 Prozent verglichen mit einem Asynchronmotor. „Der Einsatz von Synchronreluktanzmotoren an mehr Standorten bedeutet für uns, dass die benötigte Belüftung reduziert werden kann“, sagt Marshall. „Durch die niedrigere Wicklungstemperatur steigt die Zuverlässigkeit insgesamt. Eine um 28 Prozent niedrigere Lagerschildtemperatur bedeutet außerdem, dass wir die Schmierintervalle verlängern können und dass die Lebensdauer der Lager zunimmt.” Zusätzlich wurde das Laufgeräusch um 75 Prozent reduziert: von 78 auf 72,3 dBA bei einer Drehzahl von 1450 U/min. „Die Möglichkeit Synchronreluktanzmotoren in Druckerhöhungsstationen einzusetzen, die in der Nähe von Wohngebieten liegen, ist für uns von Vorteil“, erklärt Marshall.

Probe bestanden

„Wichtig ist, dass wir uns für den probeweisen Einsatz des Synchronreluktanzmotors in einer Applikation entschieden haben, die bereits neueste Antriebstechnik nutzt, obwohl ein 20 Jahre alter Asynchronmotor verwendet wird“, erläutert Glen Hickman von Sentridge Control, dem für die Planung der Installation und die Inbetriebnahme der Applikation zuständigen Unternehmen. „Wir hätten einen kleineren Motor verwenden können, aber für einen genauen Vergleich haben wir uns für dieselbe Baugröße entschieden. Die zusätzlichen 6 Prozent Energieeinsparung sind unglaublich, wenn man bedenkt, dass die Applikation bereits als energieeffizient eingestuft war. Wenn wir eine ältere Motor-Antriebskombination an anderer Stelle der Anlage auswählen, glauben wir, dass die Energieeinsparung 10 bis 15 Prozent erreichen kann.“ South Staffs Water zieht nun auch die Anwendung an weiteren Standorten in Betracht.

Speziell für drehzahlgeregelte Antriebe

Der Synchronreluktanzmotor von ABB ist der erste Motor, der speziell für den Einsatz mit drehzahlgeregelten Antrieben entwickelt wurde. Herkömmliche Asynchronmotoren wurden hauptsächlich für Festdrehzahlen entwickelt und machen etwa 90 Prozent des Marktes aus. Erstmals steht damit eine Motortechnik zur Verfügung, die speziell den Anforderungen drehzahlgeregelter Pumpen und Lüfter entspricht. Der im Antriebspaket enthaltene ACS850-Frequenzumrichter verfügt über die direkte Drehmomentregelung (DTC), Flussoptimierung und eine auf den Synchronreluktanzmotor abgestimmte Software. Diese Merkmale führen zu einer erheblichen Effizienzsteigerung motorbetriebener Anwendungen und senken den Energieverbrauch um 20 bis 50 Prozent. Die Motortechnik ermöglicht eine weitere Energieeinsparung um weitere 5 bis etwa 15 Prozent.

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