Vor einigen Jahren begann Delta Electronics mit der Entwicklung einer neuen Reihe von Servomotoren. Dabei handelt es sich um eine neue MSJ-Reihe von 7,5 kW bis 30 kW, die in Kombination mit einem speziellen drehzahlvariablen Antrieb für hydraulische Antriebssysteme in Spritzgießmaschinen verwendet werden kann. Diese Motoren können nicht nur in der Gummi- und Kunststoffindustrie eingesetzt werden, sondern finden ihren Weg in viele andere Anwendungen. Die Basis des MSJ-Motors bildet eine Rotorkonstruktion mit Magneten in Kombination mit einem Encoder, der eine präzise Motorsteuerung ermöglicht. Für den Standardumrichter der Serie C2000+ entwickelte Delta Electronics eine Optionskarte mit spezieller Firmware-Software, um diese Motoren in hochdynamischen Anwendungen einzusetzen – vor allem in der Metallumformung, der Materialverarbeitung und der Papierindustrie.
Eine Ableitung davon sind die neuen PMa-Synchronreluktanzmotoren. Diese Motoren gehören zur höchsten Wirkungsgradklasse (IE5) und zur höchsten Leistungsdichte. Das Reluktanzdesign wurde um einen integrierten Permanentmagneten erweitert, um IE5 zu ermöglichen. Zusammen mit den Frequenzumrichtern Delta C2000+ und MH300 werden die PMa-Motoren hauptsächlich in Kombination mit Zentrifugalpumpen und Ventilatoren eingesetzt.
Integrierter Antrieb
All diese Varianten von Motoren erfordern eine unterschiedliche Steuerung durch den Umrichter. Um eine einfache Auswahl zu ermöglichen, sind die Frequenzumrichter von Delta Electronics standardmäßig mit Firmware ausgestattet, die sowohl Induktionsmotoren (IM) als auch Permanentmagnetmotoren (PM) und Synchron-Reluktanzmotoren (PMA SynRM & Standard SynRM) steuern kann. Damit wird die Steuerung in vielen Anwendungen vereinfacht, weil sie eine große Auswahl aktueller IE3-, IE4- und IE5-Motoren ermöglicht. Da in den meisten Kreiselpumpenanwendungen aus Gründen der Energieeinsparung ein drehzahlvariabler Antrieb verwendet wird, sind mit den MSI-Reluktanzmotoren zusätzliche Einsparungen möglich. Um es den Anwendern einfacher zu machen, wurde eine drehzahlvariabler Antrieb auf das Gehäuse der MSI-Motoren montiert. Diese Motor-Umrichter-Kombination wird als MPD (Motor-mounted Pump Drive) bezeichnet. Ein Merkmal dieses motormontierten Frequenzumrichters ist, dass kein Lüfter verwendet wird, um den Kühlkörper auf Temperatur zu halten. Zur Kühlung wird der vorhandene Motorlüfter verwendet. Außerdem verfügt dieser Frequenzumrichter über eine integrierte SPS, die der Anwendung zahlreiche spezielle Pumpenfunktionen hinzufügt. Einsatzbeispiele sind die Kavitationserkennung auf der Grundlage der Pumpenkurve oder unter Verwendung von zwei Drucksensoren sowie die Durchflussschätzung auf der Grundlage der Pumpenkurve und/oder zwei Drucksensoren. Es wurde auch eine Bluetooth-Option entwickelt, die es ermöglicht, den Frequenzumrichter über eine App auf einem Handy oder Tablet einzustellen und zu steuern.
Wo entstehen Verluste?
In einem Elektromotor gibt es mehrere Komponenten, die die Verluste bestimmen. Zu den Verlusten in einem Motor gehören Kupferverluste in den Wicklungen des Motors und Eisenverluste oder Magnetisierungsverluste. Beide Verluste erzeugen Wärme im Motor. Diese wurden bei aktuellen Neuentwicklungen von Elektromotoren bereits so weit wie möglich reduziert. Eine dritte Komponente sind die Verluste im Lager des Elektromotors, vor allem bei höheren Drehzahlen, wie sie bei Kompressoranwendungen auftreten. Auch die Lagerverluste können mit neuen Techniken reduziert werden. Ein Beispiel sind Magnetlager. Mithilfe eines erzeugten Magnetfelds werden Welle und Rotor in der Mitte des Lagerschilds gehalten. Da es keinen Kontakt mit dem Lagerschild gibt, sind die Verluste minimal. Delta Electronics hat hierfür einen speziellen Antriebsregler (AMBD) entwickelt, der an den Gleichstrombus des Frequenzumrichters angeschlossen werden kann, der den Kompressormotor steuert.
Eine weitere Form der Effizienzsteigerung ist die Einsparung von Wartungskosten in einem Power Drive System (PDS). Um einen noch besseren Wirkungsgrad zu erzielen, hat Delta Electronics mit der Entwicklung eines neuen Wechselrichters begonnen – der Serie VP3000 mit einem anderen Grundprinzip. Ein herkömmlicher Wechselrichter hat eine Diodenbrücke oder halbgesteuerte Brücke (Thyristor) am Eingang. Dieser Brücke ist ein Lastkreis und eine Elektrolytkondensatorbatterie ist meist nachgeschaltet. Die Hardware wird durch einen IGBT-Ausgang und eine Steuerplatine zur Steuerung ergänzt.
Um die geltenden Normen zu erfüllen, wird häufig eine Gleichstromspule im Gleichstromzwischenkreis verwendet, um die harmonische Verzerrung des Netzes zu verringern
(<48 %). Längerfristig muss die Kondensatorbatterie aufgrund der Alterung ausgetauscht werden. Dies führt zu Wartungskosten. Die Alterung führt häufig auch zu einer Verringerung des Wirkungsgrads. Um diese Kosten zu senken, ändert Delta Electronics das derzeitige Konzept. Statt der Elektrolytkondensatorbatterie kommt dann eine viel kleinere Folienkondensatorbatterie zum Einsatz. Diese Folienkondensatoren haben eine viel längere Lebensdauer und müssen nicht ausgetauscht werden. Als Eingangsbrücke wird eine halbgesteuerte Brücke eingesetzt, so dass eine spezielle Ladeschaltung verwendet werden muss. Der Ausgang bleibt weier ein IGBT.
Die derzeitige Gleichstromspule wird außerdem durch eine wesentlich kleinere Spule ersetzt, um die harmonische Stromverzerrung zusätzlich zu reduzieren. Durch eine optimierte Softwaresteuerung der Eingangsbrücke wird eine geringere harmonische Verzerrung im Netz erreicht. In der Firmware wurden zahlreiche Funktionen hinzugefügt, um eine vorhersehbare Wartung des PDS-Systems durchzuführen. Dies ermöglicht die Durchführung von Wartungsarbeiten zu geplanten Zeiten und spart somit hohe Zusatzkosten. Der neue Wechselrichter entspricht den aktuellen hohen europäischen Anforderungen und ist für quadratische Lasten geeignet.
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