Analyse der elektrischen Energiesparpotenziale im Antriebssystem ...
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Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Elektrotechnisches Institut, Elektrische Maschinen und Antriebe<br />
<strong>Analyse</strong> <strong>der</strong> <strong>elektrischen</strong> <strong>Energiesparpotenziale</strong><br />
<strong>im</strong> <strong>Antriebssystem</strong> von<br />
Verarbeitungsmaschinen<br />
Dresden, den 06.10.2011<br />
Dipl.-Ing. Jörg Schützhold
TU Dresden, 06.10.2011<br />
1. Einleitung<br />
2. <strong>Energiesparpotenziale</strong> bei Asynchronmotoren<br />
3. <strong>Energiesparpotenziale</strong> in den Servoantriebsachsen<br />
4. Zusammenfassung<br />
<strong>Analyse</strong> <strong>der</strong> <strong>elektrischen</strong> <strong>Energiesparpotenziale</strong> <strong>im</strong><br />
<strong>Antriebssystem</strong> von Verarbeitungsmaschinen<br />
Glie<strong>der</strong>ung<br />
Folie 2
TU Dresden, 06.10.2011<br />
<strong>Analyse</strong> <strong>der</strong> <strong>elektrischen</strong> <strong>Energiesparpotenziale</strong> <strong>im</strong><br />
<strong>Antriebssystem</strong> von Verarbeitungsmaschinen<br />
Motivation<br />
� Industrie: 2/3 <strong>der</strong> <strong>elektrischen</strong> Energie von <strong>elektrischen</strong> Antrieben<br />
aufgenommen<br />
� Verarbeitungsmaschinen: Energieaufnahme von fast ausschließlich<br />
durch elektrische Antriebe<br />
� Verknappung <strong>der</strong> Ressourcen und steigende Energiekosten:<br />
� Zunehmen<strong>der</strong> Einfluss <strong>der</strong> Energieeffizienz auf die<br />
Kaufentscheidung<br />
� erhöhte Wettbewerbsfähigkeit durch ressourcenschonende<br />
Herstellungsverfahren<br />
� <strong>Analyse</strong> <strong>der</strong> <strong>Energiesparpotenziale</strong> <strong>im</strong> <strong>Antriebssystem</strong> von<br />
Verarbeitungsmaschinen<br />
� Am Beispiel <strong>der</strong> Schlauchbeutelverpackungsmaschine von<br />
THEEGARTEN-PACTEC Gmbh & Co. KG<br />
Folie 3
TU Dresden, 06.10.2011<br />
Beispiel: Schlauchbeutel-Verpackungsmaschine<br />
<strong>Analyse</strong> <strong>der</strong> <strong>elektrischen</strong> <strong>Energiesparpotenziale</strong> <strong>im</strong><br />
<strong>Antriebssystem</strong> von Verarbeitungsmaschinen<br />
Folie 4
Packmittelführung<br />
Kette<br />
Zuteilband<br />
TU Dresden, 06.10.2011<br />
Funktion: Schlauchbeutel-Verpackungsmaschine<br />
Längssiegeleinheit <br />
Quersiegeleinheit<br />
<strong>Analyse</strong> <strong>der</strong> <strong>elektrischen</strong> <strong>Energiesparpotenziale</strong> <strong>im</strong><br />
<strong>Antriebssystem</strong> von Verarbeitungsmaschinen<br />
Produktausgabe<br />
Folie 5
TU Dresden, 06.10.2011<br />
<strong>Analyse</strong> <strong>der</strong> <strong>elektrischen</strong> <strong>Energiesparpotenziale</strong> <strong>im</strong><br />
<strong>Antriebssystem</strong> von Verarbeitungsmaschinen<br />
Elektrische Antriebe<br />
� Servoantriebe: Frequenzumrichter, PM-Synchronmotor (Sinus-<br />
Kommutierung), Vorschaltgetriebe<br />
� Hilfsantriebe: Asynchronmotor direkt ans Netz angeschlossen<br />
Folie 6
TU Dresden, 06.10.2011<br />
1. Motivation<br />
2. <strong>Energiesparpotenziale</strong> bei Asynchronmotoren<br />
3. <strong>Energiesparpotenziale</strong> in den Servoantriebsachsen<br />
4. Zusammenfassung<br />
<strong>Analyse</strong> <strong>der</strong> <strong>elektrischen</strong> <strong>Energiesparpotenziale</strong> <strong>im</strong><br />
<strong>Antriebssystem</strong> von Verarbeitungsmaschinen<br />
Glie<strong>der</strong>ung<br />
Folie 7
� Am Beispiel einer 3kW-Vakuumpumpe:<br />
TU Dresden, 06.10.2011<br />
Umrichtereinsatz statt Netzanschluss<br />
� Aktuelle Leistungsaufnahme bei Anschluss ans Netz 1,5 kW<br />
� <strong>Energiesparpotenziale</strong> bei Einsatz eines Frequenzumrichters:<br />
Drehzahlvariabilität und Flussreduktion<br />
<strong>Analyse</strong> <strong>der</strong> <strong>elektrischen</strong> <strong>Energiesparpotenziale</strong> <strong>im</strong><br />
<strong>Antriebssystem</strong> von Verarbeitungsmaschinen<br />
Folie 8
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Auswirkung auf Eingangsleistung<br />
Umrichtereingangsleistung bei den zwei Steuerverfahren:<br />
<strong>Analyse</strong> <strong>der</strong> <strong>elektrischen</strong> <strong>Energiesparpotenziale</strong> <strong>im</strong><br />
<strong>Antriebssystem</strong> von Verarbeitungsmaschinen<br />
Aktueller<br />
Arbeitspunkt<br />
U/f-<br />
Steuerung<br />
Ψ Opt -<br />
Steuerung<br />
Folie 9
TU Dresden, 06.10.2011<br />
1. Motivation<br />
2. <strong>Energiesparpotenziale</strong> bei Asynchronmotoren<br />
3. <strong>Energiesparpotenziale</strong> in den Servoantriebsachsen<br />
4. Zusammenfassung<br />
<strong>Analyse</strong> <strong>der</strong> <strong>elektrischen</strong> <strong>Energiesparpotenziale</strong> <strong>im</strong><br />
<strong>Antriebssystem</strong> von Verarbeitungsmaschinen<br />
Glie<strong>der</strong>ung<br />
Folie 10
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<strong>Energiesparpotenziale</strong> Servoantriebsachsen<br />
Antriebsachse mit dynamischem Lastspiel:<br />
Periodische Drehzahlstellvorgänge für variable Packungslängen<br />
Antriebsvariation<br />
1. Energieopt<strong>im</strong>ales<br />
Bewegungsprofil<br />
Verluste Leistungsfähigkeit<br />
bei 500 Takten* max<strong>im</strong>ale Takte<br />
-13 % 570<br />
2. Einsatz größerer Motor +21 % 610<br />
K 1. + 2. + Getriebe i↓ -8 % 620<br />
* Aktuell: max<strong>im</strong>ale Anlagengeschwindigkeit 500 Produkte pro Minute bei<br />
2 Siegelbacken und max<strong>im</strong>aler Varianz <strong>der</strong> Packmittellänge<br />
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<strong>Antriebssystem</strong> von Verarbeitungsmaschinen<br />
Folie 11
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1. Motivation<br />
2. <strong>Energiesparpotenziale</strong> bei Asynchronmotoren<br />
3. <strong>Energiesparpotenziale</strong> in den Servoantriebsachsen<br />
4. Zusammenfassung<br />
<strong>Analyse</strong> <strong>der</strong> <strong>elektrischen</strong> <strong>Energiesparpotenziale</strong> <strong>im</strong><br />
<strong>Antriebssystem</strong> von Verarbeitungsmaschinen<br />
Glie<strong>der</strong>ung<br />
Folie 12
� Energiesparpotenzial bei den Hilfsantrieben sehr groß:<br />
+ Flussreduktion, Drehzahlvariabilität<br />
� Auch bei Servoantrieben Effizienzsteigerung möglich,<br />
bei gleichzeitiger Leistungssteigerung<br />
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<strong>Analyse</strong> <strong>der</strong> <strong>elektrischen</strong> <strong>Energiesparpotenziale</strong> <strong>im</strong><br />
<strong>Antriebssystem</strong> von Verarbeitungsmaschinen<br />
Zusammenfassung<br />
� Annahme: reduzierte Drehzahl von Hilfsantrieben technisch<br />
ausreichend; Servoantriebsachsen opt<strong>im</strong>iert<br />
� Leistungsreduktion ca. 1,4 kW (~40% P Total) je<br />
Verpackungsmaschine:<br />
1,4 kW ⋅ 19 Cent<br />
⋅ 23h ⋅ 330d = 2000 €<br />
kWh<br />
� Reduktion CO 2-Ausstoß um 6 Tonnen pro Jahr und Maschine<br />
� Amortisationszeit <strong>der</strong> Zusatzinvestition Umrichter < 1 Jahr<br />
Folie 13
TU Dresden, 06.10.2011<br />
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit<br />
<strong>Analyse</strong> <strong>der</strong> <strong>elektrischen</strong> <strong>Energiesparpotenziale</strong> <strong>im</strong><br />
<strong>Antriebssystem</strong> von Verarbeitungsmaschinen<br />
Folie 14
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