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| Netzgeführte Energierückspeisung senkt Herstellungs- und Betriebskosten - deutliche Einsparung schon bei kleinen Leistungen | | Standardantrieb, rückspeisefähig ... | Sicherheit, Leistung und Komfort lassen sich trotz Kostensparen erreichen. Das beweisen neue modulare Standardantriebe, die - einzigartig in dieser Preis- und Leistungskategorie - auch die netzgeführte Energierückspeisung beherrschen. Sie sind einfach zu projektieren, schnell installiert und sparen außer Energie auch Platz und Kühlaggregate ein. So stehen schon bei kleinen Bemessungsleistungen unterm Strich viele Vorteile - für den Maschinen- und Anlagenbauer wie für den Endkunden.
Ausgeprägtes Kostenbewusstsein gehört heute in jeder Branche zu den grundlegenden Erfolgs- und Überlebensstrategien. Für den Betreiber von Produktions- oder Versorgungseinrichtungen beginnt diese Sparsamkeit bei der Minimierung der Investitionskosten was im Maschinenbau ein immer günstigeres Preis-Leistungsverhältnis erzwingt. Doch über die Nutzungsdauer gesehen übertreffen die Betriebskosten häufig die Anfangsinvestition bei weitem, und letztlich ist der kritische Blick auf Energiebedarf, Wartungsfreundlichkeit, Zuverlässigkeit und Serviceeigenschaften von Maschinen und Anlagen erfolgsentscheidend. Die Antriebstechnik steht hierbei im Zentrum der Aufmerksamkeit: Motorische Antriebe verursachen den überwiegenden Teil des Energiebedarfs der Industrie, beanspruchen einen großen Teil des Schaltschrankraumes und verlangen bei häufigem generatorischen Betrieb gesonderte Maßnahmen zur Wärmeabfuhr.
Im Prinzip sind rückspeisefähige Umrichter deshalb eine für Betreiber wie Maschinenbauer gleichermaßen attraktive Antriebslösung, sobald in einer Anwendung Bewegungen mit vielen Geschwindigkeitswechseln oder häufiger Richtungsumkehr auftreten oder wenn Massen elektrisch abgebremst werden müssen. Dies ist zum Beispiel bei vielen Förderaufgaben der Fall: bei Riemen- oder Gurtförderern, Aufzügen, Kranen, Förderfahrzeugen, Rolltreppen. Weitere Anwendungen rückspeisefähiger Umrichter sind Pump- oder Hebespeicher zur Energiepufferung oder Windkraftanlagen.
Allerdings setzte die Rückspeisung kinetischer oder potenzieller Energie in das Versorgungsnetz bisher den Einsatz einer aktiven Einspeisung oder von Matrix-Umrichtern voraus was aus Kostengründen bei Standard-Antriebsaufgaben und/oder kleineren Leistungen nur selten zu rechtfertigen ist.
Rückspeisung nun auch bei kostengünstigen Standardantrieben
Mit dem Sinamics G120 hat Siemens nun einen neuen, kompakten, kostengünstigen und vor allem konsequent modularen Antrieb auf den Markt gebracht. Neben Leistungsteilen mit integriertem Brems-Chopper und Zwischenkreiskopplung sind für diesen Umrichter auch Leistungsteile verfügbar, die ohne weiteres Zubehör unmittelbar und dauerhaft rückspeisefähig sind. Das ist in dieser Leistungs- und Preisklasse ein echtes Novum. Und: Energierückspeisung bei Standardantrieben gibt dem Maschinen- und Anlagenbau nicht nur zusätzliche Verkaufsargumente bei Energieeinsparung und Umweltschutz an die Hand rückspeisefähige Standardantriebe bringen weitere Möglichkeiten mit sich, die Entwicklungs- und Herstellungskosten von Maschinen und Anlagen zu senken.
Entscheidende Vorteile prinzipbedingt und aufgrund schaltungstechnischer Eleganz
Das Sparen beginnt schon bei der Projektierung: Beim Einsatz dauerhaft rückspeisefähiger Umrichter braucht sich der E-Konstrukteur nicht mehr um Dimensionierung, Verschaltung und Kühlung von Puls- bzw. Bremswiderständen zu kümmern diese entfallen komplett. Im Schaltschrank wird der Platz für Bremswiderstand, Netzdrossel und die zugehörigen Anschlüsse eingespart. Auch die thermische Bilanz fällt für Schaltschrank und Betriebsraum bei Rückspeisung sehr viel günstiger aus als beim lokalen Verheizen von Bremsenergie. So kann in vielen Fällen auf eine kostenträchtige und platzraubende Klimatisierung verzichtet werden.
Zu diesen prinzipiellen Vorteilen rückspeisefähiger Antriebe kommen einige bemerkenswerte Eigenschaften des Umrichters hinzu: Durch die neue Schaltungstechnik werden niederfrequente, energiereiche Oberwellen stark verringert. Der neue Antrieb kommt in seiner rückspeisefähigen Ausführung deshalb mit bis zu 20 Prozent weniger Netzstrom aus als andere Antriebe der gleichen Nennleistung. Das bedeutet, dass der Umrichter sogar schon im motorischen Betrieb hilft, Energie zu sparen. Und nicht nur das: Die Anschlussleitungen können in vielen Fällen mit geringerem Querschnitt dimensioniert werden, was die Installation wieder etwas einfacher macht und in weitläufigeren Anlagen die Kupferkosten spürbar senkt.
Sauberes Schaltverhalten weniger Oberwellen
Aufgrund des sehr niedrigen Anteils von Harmonischen niedriger Ordnungszahl, gelangen auch nur wenige Oberwellen ins Netz. Von daher kommt der neue Umrichter ohne netzseitige Kommutierungsdrossel aus.
Auch über Spannungsspitzen oder Überschwinger, die im generatorischen Betrieb bei hoher dynamischer Beanspruchung im Zwischenkreis herkömmlicher Antriebe auftreten können, braucht sich der E-Konstrukteur über den Einsatz der rückspeisefähigen Ausführung des neuen Antriebs nicht mehr den Kopf zu zerbrechen: Der Umrichter fängt diese Effekte selbsttätig auf, indem er die überschüssige Energie praktisch verzögerungsfrei an das Versorgungsnetz abgibt. Das führt zu einem angenehm robusten Verhalten der neuen Antriebe auch in vielen ehedem kritischen Betriebssituationen.
Fehlersichere Variante mit umfangreichen Sicherheitsfunktionen
Steigende Produktivität und immer kompaktere, modulare Maschinen stellen an die sicherheitstechnische Ausstattung immer höhere Anforderungen. So werden zur Verkürzung der Rüstzeiten zunehmend automatisierte und auch bei geöffneten Schutztüren sichere Einrichtfunktionen gewünscht. Die immer bessere Raumausnützung durch kompakte Fertigungseinrichtungen verkleinert zudem die Abstandsflächen zu gefahrbringenden Bewegungen, was schnellere Sicherheitsreaktionen notwendig macht. Deshalb werden Sicherheitsfunktionen zunehmend direkt in die Antriebsebene integriert.
Die modulare Struktur des Sinamics G120 erlaubt die einfache Kombination eines Leistungsteiles mit einer fehlersicheren Regelungsbaugruppe (Control Unit). Während die sichere Ansteuerung einer Haltebremse bereits in jedem Leistungsteil integriert ist, stellt die fehlersichere Control Unit mit Safe Torque Off (STO), Safe Stop 1 (SS1), Safely-Limited Speed (SLS) und ihren Varianten noch eine ganze Reihe weiterer, nach Kategorie 3 der EN 954-1 bzw. SIL2 der IEC 61508 zertifizierter Sicherheitsfunktionen bereit. In den Umrichterausführungen mit Brems-Chopper kommen diese Sicherheitsfunktionen sogar durchwegs ohne Geber aus. Doch selbst wenn beim Einsatz der rückspeisefähigen Leistungsteile unter Umständen für einzelne Sicherheitsfunktionen ein Geber erforderlich ist es war wohl noch nie so einfach, gleichzeitig sichere und energiesparende Maschinenfunktionen mit Standardantrieben zu realisieren wie mit den neuen Sinamics-G120-Antrieben. Und: Die ausgeprägte Modularität des neuen Antriebs führt dazu, dass aus der praxisgerechten Staffelung nur die Funktionalität konfiguriert, gekauft und bezahlt werden muss, die auch benötigt wird.
Platz, Zeit, Komponenten und Energie: Das Sparen beginnt schon bei kleinen Bemessungsleistungen
Durch seine besondere Schaltungstechnik spart ein rückspeisefähiger Sinamics G120 gegenüber Umrichtern vergleichbarer Leistung schon im motorischen Betrieb Energiekosten ein. Hinzu kommt die Einsparung durch die ins Netz zurückgespeiste Bremsenergie, die an anderer Stelle kostensenkend genutzt werden kann. In Verbindung mit den Einsparungen bei Bremswiderstand, Platzbedarf, Engineering und Installation macht sich das sogar schon bei relativ kleinen Bemessungsleistungen bezahlt: So gibt es den neuen Standardantrieb bereits ab 5,5 kW Nennleistung in rückspeisefähiger Ausführung.
erschienen in: technik + EINKAUF 1/07 |
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