TRENDS » Perspektiven
TRENDS » Perspektiven Bild: Danfoss Drives Deutschland Blankenburg (Sieb & Meyer): Die Frage lässt sich nur beantworten, wenn man sie auf eine spezifische Anwendung bezieht. Für den von Sieb & Meyer im Fokus stehenden Bereich der Hochgeschwindigkeitsmotoren und -generatoren sehen wir eine Lösung auf Basis von Matrix- und Direktumrichtern als nicht zielführend an, da wir den Zwischenkreis als Technologieschnittstelle betrachten, zum Beispiel Kopplung mehrerer Frequenzmende und detailliertere Datenerfassung für vorausschauendes und materialschonendes Asset Management. Bei der Komplexitätsreduzierung geht es insbesondere um eine erleichterte und weniger fehleranfällige Programmierung sowie Inbetriebnahme. Vorgefertigte Applikationen, wie zum Beispiel ein Pumpenmanagement mit entsprechenden Features wie Rückspülfunktion oder Kavitationsverhinderung, ermöglichen die passgenaue Implementierung eines Frequenzumrichters ohne größeren Programmierauf- Michael Burghardt, Head of Product Marketing, Danfoss Drives Deutschland, Offenbach »Längst erfüllen Umrichter nicht nur die Rolle eines Drehzahl - stellers. Vielmehr können die Geräte heute durch Edge Intelligence die übergeordnete Steuerung beziehungsweise die Cloud entlasten.« wand. Der zweite Trend, den wir im Bereich Frequenzumrichter beobachten, ist die immer genauere Erfassung der Stromwerte. Unsere aktuellen Modelle aus dem Altivar Process Sortiment beispielsweise weisen mittlerweile eine Messabweichung von gerade mal 5% (+/-) auf. In Form des Energie- Performance Index erlauben diese Daten dann detaillierte Rückschlüsse zu Zustand und Leistungsfähigkeit einer Anwendung und ermöglichen die vorausschauende Pla- nung von Wartungseinsätzen. Außerdem eignen sich die granular erhobenen Daten zur Einbindung in umfassende Managementplattformen, etwa in unseren „EcoStruxure Asset Advisor“. Sind alle Geräte, Steuerungen und Softwaretools einer Anlage zu durchgängiger Datenkommunikation befähigt, unterstützen die exakten Verbrauchsund Performancedaten der Frequenzumrichter die softwaregestützte Überwachung und Analyse von Betriebsabläufen sowie Maschinenzuständen. Die Möglichkeiten für eine möglichst elaborierte Auswertung und entsprechend kosten- und ressourcenschonende präventive Wartungsmaßnahmen lassen sich durch eine Anbindung an die Cloud noch erheblich erweitern. Karlheinz Wirsching (Baumüller): Wir beobachten neben der klassischen Optimierung den Trend zu innovativen Technologien im Bereich von Industrie 4.0. Themen sind hier zum Beispiel Connectivity, moderne Simulationsmöglichkeiten und Erstellung des Digitalen Zwillings. So können wichtige Anforderungen vom Markt, wie reduzierte Timeto-Market und erhöhte Produktivität, zukunftsfähig und optimal gelöst werden. Ein weiterer Trend, der sich aus Industrie 4.0 ergibt, ist die steigende Intelligenz im Antrieb. Die großen Datenmengen, die in der IoT gesendet werden müssen, werden immer öfter im Antrieb vorverarbeitet. So wird der Feldbus nicht unnötig belastet, und eine hohe Prozessdynamik wird sichergestellt. KEM Konstruktion: Aufgrund der geforderten effizienten Nutzung der elektrischen Energie in der Produktion werden zunehmend rückspeisefähige Frequenzumrichter gefordert. Sind Matrix- oder Direktumrichter ohne Zwischenkreis eine Alternative zur konventionellen Technik? richter auf der Zwischenkreisebene oder mit Netzwechselrichtern für unterschiedliche Netzbedingungen. Im Weiteren ist bei vielen Hochgeschwindigkeitsanwendungen, z.B. Turboverdichtern/Turbokompressoren, kein Bremsbetrieb notwendig, sodass eine Rückspeisefähigkeit keinen Zusatznutzen bietet. Burghardt (Danfoss Drives): Der Einsatz von rückspeisefähigen Umrichtern zur Energieeinsparung rechnet sich nur bei günstigen Lastprofilen und ist gegebenenfalls sogar kontraproduktiv. Denn im Standby und im motorischen Betrieb haben rückspeisefähige Umrichter in der Regel einen höheren Energiebedarf, verglichen mit herkömmlichen Umrichtern. Aus energetischer Sicht ist der grundsätzliche Einsatz einer Drehzahlregelung und deren anwendungsbezogene Optimierung bei circa 60 bis 70 % aller Antriebe Fred Donabauer, Leiter Produktmanagement LV Drives, ABB Automation Products, Ladenburg »Bei den ABB Industrial Drives liegt die Gesamtverzerrung des Netzstroms THDI bei 3%. Dank der Energiepufferung im DC-Zwischenkreis und der Umrichtertopologie kann die Ausgangs - spannung auch bei Netzspannungsschwankun gen stabil gehalten werden.« Bild: ABB Automation Products 20 KEM Konstruktion » 01-02|2021
Bild: Keba Industrial Automation Germany Andreas Kling, Produktmanager Control Systems, Keba Industrial Automation Germany, Lahnau »Ein Matrixumrichter kann durch Rückspeisung die eingesetzte Energie minimieren. Sein Einsatzgebiet ist stark auf Einzelantriebe, wie zum Beispiel den Aufzug beschränkt.« sinnvoll. Der Anteil von Anwendungen, bei denen sich rückspeisefähige Umrichter rechnen ist wesentlich geringer. Matrix- beziehungsweise Direktumrichter werden immer wieder diskutiert und sind technologisch interessant. Sie konnten sich bisher aber nicht wirklich durchsetzen. Neben der Entwicklung unterschiedlicher Umrichtertechnologien liegt der Fokus bei Danfoss auf der Optimierung der Motorkontrolle sowie der Nutzung effizienterer Halbleitermaterialien wie SiC oder GaN. Cesaretti (Lenze): Rückspeisefähige Frequenzumrichter findet man immer häufiger auf dem Markt. Ihr Einsatz bei Zentrifugen, Kranen und Wickelmaschinen ist auch durchaus sinnvoll. Technisch gesehen erhält man bei Matrixumrichtern durch neueste Elektronik und hohe Schaltfrequenzen eine sehr hohe Leistungsdichte. Auf der andern Seite ist das Geschäft mit Frequenzumrichtern ein preissensitives Produktgeschäft. Da die Matrixumrichter gegenüber konventionellen Umrichtern ein Mehrfaches an Leistungsmodulen enthalten, haben diese auch ihren Preis. Donnabauer (ABB): Die Technologie der Matrix-Umrichter ist schon länger bekannt, seit den 1980-er Jahren wird vermehrt daran geforscht. ABB setzt jedoch weiterhin bei den Niederspannungsantrieben auf die Frequenzumrichterlösung mit aktiver, selbstgeführter Einspeiseeinheit und DC-Zwischenkreispufferung, weil sie gegenüber Matrixumrichtern entscheidende Vorteile bietet. Um nur einige Beispiele zu nennen: Bei den rückspeisefähigen ABB Industrial Drives liegt die Gesamtverzerrung des Netzstroms THDI bei 3 %. Dank der Energiepufferung im DC- Zwischenkreis und der Umrichtertopologie kann die Ausgangsspannung auch bei Netzspannungsschwankungen stabil gehalten, bzw. sogar erhöht werden. Damit lassen sich Spannungsabfälle über Ausgangsfiltern und den Motorkabeln kompensieren und ermöglichen eine optimale Dimensionierung des Motors, das volle Motor-Drehmoment wird sichergestellt. Nicht zuletzt wird eine sehr hohe Betriebssicherheit der Anlage erreicht, auch wenn die Netzspannung schwankt. Matrixumrichter erreichen dagegen einen THDI von typisch 5 % – um diesen Wert zu erreichen, muss allerdings die maximale Ausgangsspannung begrenzt werden, je nach Modulationsart werden dann nur 87 % der Eingangsspannung erreicht. Das wirkt sich negativ auf die Dimensionierung aus, das heißt der Motor und Umrichter müssen Christian Lutsch, General Manager Product Promotion Department, Yaskawa Europe, Eschborn »Umrichter können heute schon viele Daten liefern, die Aufschluss über Prozesszustände und den Wartungszustand von Maschinen geben können. Der Umrichter wird quasi zum Sensor.« Bild: Yaskawa Europe KEM Konstruktion » 01-02|2021 21
