antriebstechnik 9/2018

UMRICHTERTECHNIK
kommen mit sehr geringem Filteraufwand aus. Sechspulsige DFE
spielen im oberen Leistungsbereich nur eine untergeordnete Rolle.
Besonders Thyristorbasierte Schaltungen (LCI, USK) verlangen
den Einsatz von Kompensationsanlagen. Oft werden diese Anlagen
aber nicht direkt dem Antrieb zugeordnet, sondern im Versorgungsnetz
der Gesamtanlage mit projektiert. Des Weiteren benötigen
Thyristorbasierte Schaltungen mit Stromzwischenkreis zusätzlichen
Platzbedarf für die notwendigen Zwischenkreisdrosseln.
Vergleich von Motor- und Umrichterkosten
Da die Motorenpreise über dem Drehmoment aufgetragen werden,
ist zur Berechnung der Leistung für den Kostenvergleich eine Drehzahlvorgabe
notwendig. Werden die Motorkosten aus Bild 02 unter
Verwendung einer beispielhaften Bemessungsdrehzahl von
2 500 min -1 in den Vergleich von Bild 04 integriert, ergibt sich der
Verlauf in Bild 05. Bei gleicher Abgabeleistung werden Motoren
mit höherer Drehzahl stets kleiner und preisgünstiger. Dasselbe
Phänomen ist auch bei Verbrauchern wie Pumpen oder Lüftern zu
beobachten, welche ebenfalls bei einer höheren Auslegungsdrehzahl
und gleicher Abgabeleistung kleiner und oft auch energieeffizienter
werden.
Wir haben unser gesamtes Know-how für geregelte
Antriebssysteme aus Motoren, Frequenzumrichter
bzw. Stromrichter und Transformatoren im
Nieder- und Mittelspannungsbereich gebündelt.
Die Projektierung gehört selbstverständlich dazu.
Dr. Jörg Schützhold
Da die Mittelspannungsmotoren in dem dargestellten Leistungsbereich
höhere Preise aufweisen, verschwindet hier die Preisgrenze
zwischen Nieder- und Mittelspannung, d. h. Antriebssysteme in
Niederspannung sind meist günstiger als in Mittelspannung. Aufgrund
kleiner werdender Spulenwindungszahlen im Motor sind
Antriebe in Niederspannung allerdings nur bis ca. 4 MW sinnvoll
herstellbar.
Einbeziehung der Kabelkosten
Wird der Kabelpreis auf die Kabellänge und die geforderte Strombelastbarkeit
normiert, ergibt sich ein relativer konstanter Kabelpreis
zwischen 0,20 bis 0,50 €/m/A. Der finale Preis in diesem Bereich
ist davon abhängig, ob die reinen Einkaufskosten des Kabels
oder auch die Installationskosten (Kabeltrasse/Personalaufwand)
eingepreist werden. Bei der Preisbildung wird stets die gesamte
Kabellänge zwischen Transformator und Umrichter sowie zwischen
Umrichter und Motor betrachtet, da hier meist die gleiche
Kabelanzahl und der gleiche Kabeltyp verwendet werden.
Bei Einbeziehung dieser Kabelkosten in den vorherigen Preisvergleich
(> 500 kVA), ist ein 690 V Antriebssystem schon bei 50 m
Kabellänge stets günstiger als 400 V Antriebssystem (zwölf Puls, mit
eingepreistem Transformator). In Bild 06 wird die Grenze zwischen
Antrieben in 690 V und Mittelspannung über der Kabellänge dargestellt.
Mit steigender Kabellänge sinkt diese Grenze stark, aufgrund
der steigenden Kabelkosten durch die große Kupfermasse,
welche für den hohen Strom bei Niederspannung notwendig ist.
Mit steigender gewünschter Motordrehzahl steigt diese Grenze jedoch,
da Motoren mit höherer Drehzahl bei gleicher Leistung weniger
Drehmoment aufweisen und diese somit preisgünstiger in Niederspannung
sind.
05
relativer Preis in V€M / kVA
06
HV-LV Grenze in kVA
350
300
250
200
150
Relativer Preisverlauf für Umrichter, Trafo und Motor bei
einer Bemessungsdrehzahl von 2 500 min -1
100
500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500
3.500
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
S in kVA
400V 12p
690V 12p
Multizelle-3,3 kV
Multizelle-4,16 kV
Multizelle-6 kV
Multizelle-6,6 kV
Verlauf der Preis-Grenze zwischen Nieder- und Mittelspannungsantrieben
in Abhängigkeit der Kabellänge und der Motordrehzahl
(Preis inkl. Umrichter, Trafo und Kabel und Motor)
500
0 100 200 300
l Kabel
in m
Die gesamte Einheit betrachten
n Motor
500
1.000
1.500
2.000
2.500
Dieser Artikel liefert einen Beitrag zur Auslegung eines kostenoptimalen
Antriebssystems, welches genau auf die Anforderungen des
Anwenders abgestimmt ist. Dabei ist es erforderlich, das gesamte
Antriebssystem – bestehend aus Transformator, Umrichter, Motor
und Kabeln – als Einheit zu betrachten und die Vielzahl an möglichen
Antriebstopologien technisch und preislich zu bewerten. Es
hat sich gezeigt, dass die Grenze zwischen Niederspannungs- und
Mittelspannungsantrieben stark von den Kabelwegen und von der
erforderlichen Motordrehzahl abhängig ist und im Bereich von ca.
750 kW bis 3,5 MW liegt. Die Antriebssysteme von VEM werden somit
im gesamten Leistungsbereich kostenoptimal ausgelegt.
Fotos: VEM
www.vem-group.com
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