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ABB AG

In Anwendungen mit häufigen Bremsvorgängen, wie z.B. Liften, bieten rückspeisefähige Frequenzumrichter ein hohes Energieeinsparpotenzial.

Bild: ABB

Rückspeisefähige Antriebe Bremsenergie zurückgewinnen und Energie sparen

30.01.2018

Die neue Generation von ABB-Frequenzumrichtern speist Bremsenergie von Elektromotoren als annhähernd oberschwingungsfreien Strom ins Netz. Der Anlagenwirkungsgrad lässt sich somit erhöhen.

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In der Industrie werden Elektromotoren oft in Anwendungen mit zahlreichen Bremsvorgängen eingesetzt. Ein Brems-Chopper und externe elektrische Widerstände geben dabei Bremsenergie in Form von Wärme ab. Die verpufft dann wirkungslos oder muss sogar mit zusätzlicher Energie gekühlt werden. Rückspeisefähige drehzahlgeregelte Antriebe hingegen können diese Bremsenergie ins Netz zurückspeisen. Die Energieeffizienz verbessert sich dadurch erheblich.

Die rückspeisefähigen Frequenzumrichter ABB Industrial Drives ACS880 decken einen Leistungsbereich von 4 bis 3.200 Kilowatt (kW) – und damit den breitesten auf dem Markt – ab. Sie können den Energieverbrauch bedeutend senken, reduzieren durch die kompakte Bauweise den Platzbedarf um bis zu 85 Prozent und senken so auch die Investitionskosten um bis zu 30 Prozent. Zudem macht die geringere Wärmeabgabe eine erheblich weniger aufwendige Klimatisierung des Elektroraums notwendig.

Energie sparen durch Rückspeisung

Rückgespeiste Energie ist „sauber“ und von hoher Qualität. Sie kann von anderen Verbrauchern genutzt werden, wodurch sich der Anlagenwirkungsgrad deutlich erhöht. Die neue Generation der ABB Industrial Drives kann den Cosinus Phi der Grundschwingung unter allen Lastbedingungen auf Eins regeln, sodass Blindleistung und der Energieverbrauch optimiert werden.

Die bei herkömmlichen Verfahren der Widerstands- und mechanischen Bremsung als Wärme abgegeben Bremsenergie erfordert oft eine zusätzliche Kühlung. Die geringere Wärmeabgabe infolge der Energierückspeisung in das Netz führt zu einer erheblich weniger aufwendigen Klimatisierung des Elektroraums. Wie viel Energie solche Lösungen einsparen, zeigt folgendes Beispiel: Bei einem Kran für die Abfallentsorgung mit einem 55-kW-Hubmotor, einem 9-kW-Kranfahrtmotor und einem 4,5-kW-Katzfahrtmotor und einem rückspeisefähigen Frequenzumrichter betragen die Einsparungen pro Jahr geschätzte 15,6 Megawattstunden (MWh) Energie – oder umgerechnet etwa 2.300 Euro. Diese Reduktion um 32 Prozent entspricht dem durchschnittlichen Jahresenergieverbrauch von vier deutschen Haushalte

Entfernen störender Oberschwingungen

Nichtlineare elektrische Verbraucher, darunter fallen auch drehzahlgeregelte Antriebe, verursachen Oberschwingungen, die zu unerwünschten Verzerrungen der Spannung und des Stroms in den Netzen führen. Die Oberschwingungen führen zu einem unzuverlässigen Betrieb und können andere Verbraucher wie Motoren, Transformatoren und weitere elektrische Einrichtungen übermäßig aufheizen. Das erfordert eine zusätzliche Kühlung, sorgt für Energieverluste und kann schlimmstenfalls zu vorzeitigen Ausfällen führen.

Zwar können zusätzliche elektrische Filter diese Oberschwingungen dämpfen, besser ist es jedoch, sie gar nicht erst entstehen zu lassen. Genau das leistet die neue Generation der rückspeisefähigen ABB-Frequenzumrichter, sie verhindern Oberschwingungen bevor sie auftreten. Der ACS880 kann den Cosinus Phi der Grundschwingung zur Optimierung der Blindleistung unter allen Lastbedingungen auf Eins regeln und erfüllt Oberschwingungsnormen wie IEEE519, IEC61000-3-12 und G5/4 in vollem Umfang.

Weniger Stillstand durch höhere Zuverlässigkeit

Die neuen rückspeisefähigen Frequenzumrichter ACS880 zeichnen sich durch eine hohe Störfestigkeit gegenüber Netzstörungen aus und können die Motorspannung auch bei instabiler Einspeisung stabil halten oder sogar erhöhen. Dadurch wird ein zuverlässiger Betrieb auch bei einem Abfall der Einspeisespannung unter dem Normalwert sichergestellt. Durch den Wegfall externer Bremskomponenten können die rückspeisefähigen Frequenzumrichter von ABB kompakter gebaut werden als herkömmliche Lösungen. Die dadurch reduzierten Engineering- und Materialkosten und der geringere Platzbedarf im Elektroraum ergeben in Summe ein erhebliches Einsparungspotential bei den Schrankbaukosten.

Die Wandmontageräte ACS880-11, die Einbaumodule ACS880-14 und die Schrankgeräte ACS880-17 haben alle notwendigen Komponenten in einem anschlussfertigen Gehäuse integriert. Das soll den Schrankeinbau zusätzlich erleichtern und beschleunigen, weil die nachträgliche Verdrahtung verschiedener Komponenten entfällt. Dabei gewährleisten die ACS880 die volle Motorspannung unter allen Bedingungen. Die Frequenzumrichter sind mit der Drehmomentregelung DTC ausgestattet und bieten damit eine präzise und dynamische Drehzahl- und Drehmomentregelung für eine hohe Motor-Performance und -Effizienz.

Zurückspeisung von bis zu 90 Prozent der Bremsenergie

Bis zu 90 Prozent der Bremsenergie, die bei den Tests früher in wirkungslose Wärme umgewandelt wurde, können heute dank des ABB-Frequenzumrichters zurückgespeist werden. Ähnliche Effekte lassen sich auch bei weiteren typischen Applikationen wie Zentrifugen, Wuchtstände, Wickler oder Turbinen erzählen.

Der Frequenzumrichter dient auch als multipler Sensor, der wichtige Informationen wie Motordrehzahl, Motordrehmoment, Motorströme, verschiedene Temperaturen und viele andere Parameter ausliest. Diese Daten stehen dann für die Diagnose, Fernüberwachung und Prozessoptimierung über ABB Ability - die Bündelung aller Produkte, Services und Lösungen im digitalen Angebot von ABB inklusive Cloud-Anbindung - zur Verfügung.

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