TRENDS » Perspektiven
TRENDS » Perspektiven Bild: ABB Automation Products größer dimensioniert werden. Außerdem reagieren diese Antriebe empfindlicher auf Netz-Unterspannungen, da kein DC-Zwischenkreis zur Energiepufferung vorhanden ist. Für die rückspeisefähigen Frequenzumrichter mit aktiver Einspeiseeinheit spricht auch, dass sie unter allen Betriebsbedingungen mit einem Grundschwingungs-Leistungsfaktor cos phi von 1 arbeiten, wodurch die Blindleistung und der Energieverbrauch optimiert werden. Bei Matrixumrichtern ist der Leistungsfaktor abhängig von der Ausgangsfrequenz deutlich geringer. Armin Wallnöfer, Digital Leader Drives & Motors, ABB Automation Products, Ladenburg »Die realitätsnahe Simulation von echten Komponenten, wie zum Beispiel Frequenz um - richtern, wird im Zuge der Digitalisierung eine zentrale Rolle spielen.« Kling (Keba Industrial Automation): Zum Thema Energieeffizienz stellen sich folgende Fragen: soll die eingesetzte Energie minimiert, die aus dem Netz abgenommene Spitzenleistung reduziert, ein Notbetrieb bei Netzausfall aufrechterhalten oder ein gleiches Verhalten an den weltweit unterschiedlichen Versorgungsnetzen erreicht werden? Ein Matrixumrichter kann durch Rückspeisung die eingesetzte Energie minimieren, die anderen oben genannten Punkte aber nicht abdecken. Sein Einsatzgebiet ist stark auf Einzelantriebe, wie zum Beispiel den Aufzug beschränkt. Lutsch (Yaskawa): Ein Matrix-Umrichter ist in der Lage, die Netzverschmutzung durch die Oberwellen bei Volllast unter 5 % zu reduzieren und erfüllt somit den IEE519-Standard. Durch den Verzicht auf einen klassischen Zwischenkreis ist es darüber hinaus möglich, bei Anwendungen mit Netzfrequenz automatisch vom Umrichter- auf Netzbetrieb umzuschalten. Dadurch können die Verluste minimiert werden, was zu einer erheblichen Energieeinsparung über die Laufzeit führt. Das zwischenkreislose Design eines Matrix-Umrichters macht es möglich, in allen vier Quadranten zu operieren und zwar ohne die Notwendigkeit eines Bremswiderstandes für regenerative Anwendungen. Die regenerative Energie kann zurückgespeist und den anderen Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden, wodurch die Energiekosten des gesamten Systems reduziert werden. Zusammenfassend kann man sagen, dass überall dort, wo auf die Netzqualität geachtet werden muss und wo „Green Energy“-Themen wie Energieeinsparung und Energierückspeisung eine Rolle spielen, Matrix-Umrichter durchaus eine Alternative zu konventioneller Technik darstellen. Senger (Mitsubishi Electric): Konventionelle rückspeisefähige Umrichter befinden sich seit Jahren in unserem Portfolio. Matrixoder Direktumrichter könnten eine Alternative werden, da beim Rückspeisen keine Rückwirkungen durch harmonische Schwingungen in das Netz eingebracht werden und somit “saubere” Energie liefern können. Wenneker (KEB Automation): Wir beschäftigen uns schon lange mit der effektiven Nutzung von Energie und beraten unsere Kunden bei der Auslegung des wirtschaftlichsten Gesamtsystems. Dafür stehen die ein- und rückspeisefähigen Produkte Combivert R6 bzw. Combivert F5-AIC. Matrixumrichter werden da, wo es wirtschaftlich sinnvoll ist, eine Ergänzung zu den etablierten Technologien sein. Parallel beteiligen wir uns an Forschungsprojekten, um Fabriken zukünftig mit DC-Netzen zu versorgen. Aktuell arbeiten Kollegen im Projekt „DC-Industrie 2“ mit, das sich mit Gleichstrom für eine nachhaltige Fabrik der Zukunft beschäftigt. Wessel (Schneider Electric): Ich persönlich sehe diese Art Umrichter aktuell nur bedingt als sinnvolle Alternative. Matrixumrichter werden vorrangig bei Systemen mit Tobias Wenneker, Produktmanager Drives, KEB Automation, Barntrup »Matrixumrichter werden da, wo es wirtschaftlich sinnvoll ist, eine Ergänzung zu den etablierten Technologien sein.« einer geringen Dynamik eingesetzt. Bei diesen Applikationen treten jedoch typischerweise selten generatorische Lasten auf. Der Vorteil von zwischenkreisgepufferten Umrichtern liegt hingegen darin, dass für kurzfristige Leistungsspitzen Energie direkt aus dem Zwischenkreis gezogen wird und zugleich bei kurzfristigen generatorischen Lasten gepuffert werden kann. Dadurch wird das speisende Netz im Anlauf stark entlastet. Wirsching (Baumüller): Im Maschinenbau werden häufig hohe Dynamiken und Genauigkeiten benötigt. Hier würde bei solchen Umrichtern bedingt durch die Netzeinflüsse ein erheblicher Mehraufwand in der Regelungstechnik entstehen. Die konventionelle Technik hat hier die geringeren Systemkosten und ist damit in vielen Anwendungen die bevorzugte Wahl. Bild: KEB Automation 22 KEM Konstruktion » 01-02|2021
Bild: Schneider Electric KEM Konstruktion: Welche Auswirkung hat die Digitalisierung auf die technische Entwicklung von Frequenzumrichtern? Blankenburg (Sieb & Meyer): Für die Hersteller der Frequenzumrichter führt dieses als erstes zu einem zusätzlichen Aufwand, da entsprechende Simulationsmodelle der eigenen Komponenten bereitgestellt werden müssen. Ziel muss es daher sein, den Mehraufwand für sich und die Kunden durch eine höhere Planungs- und Prozesssicherheit zu kompensieren. Burghardt (Danfoss Drives): Simulationen aber auch 3D-Druck spielen eine immer wichtigere Rolle im Engineering. Bei Herstellern und Anwendern gleichermaßen. Entwicklungszeiten werden kürzer und -kosten reduziert. Danfoss nutzt diese Möglichkeiten bereits in Zusammenarbeit mit Kunden. So können wir gemeinsam neue Produkte bereits in den Anwendungen simulieren bevor diese physisch vorhanden sind. Die Entwicklung zum digitalen Zwilling wird sich in naher Zukunft weiter beschleunigen. Deshalb unterstützt Danfoss auch die Industrial Digital Twin Association die vom ZVEI und VDMA in Leben gerufen wurde. Niels Wessel, Product Manager Process Drives DACH, Schneider Electric, Ratingen »Ein Trend, den wir im Bereich Frequenz umrichter beobachten, ist die immer genauere Erfassung der Stromwerte.« Cesaretti (Lenze): Die Digitalisierung hat mittlerweile einen erheblichen Einfluss auf die Entwicklung von Frequenzumrichtern. Es geht um Cloud Services wie Asset Management, Condition Monitoring, Predictive Maintenance, und zuletzt auch noch um Supply Chain und Traceability von der Produktion der Umrichter bis zum Endkunden. Entscheidend ist somit der „Lieferumfang des Umrichter“. Dieser besteht neben dem Frequenzumrichter selbst, aus Services wie Engineering- und Supply Tool Chain, Cloudbased Services, Daten für CAD, Digital Twin und Simulation, usw. Lenze ist diesbezüglich bereits sehr gut aufgestellt. Kling (Keba Industrial Automation): Anbieter von Automatisierungssystemen, wie Keba Industrial Automation Germany, simulieren alle Komponenten ihres Systems, wie Motoren, Antriebsregler und Steuerung. Somit kann ein Maschinenprogrammierer auch ohne Einsatz von Hardware ein Steuerungsprojekt umsetzen. Antriebsregler werden immer stärker als Sensoren für motornahe Daten verwendet, um Condition Monitoring oder Predictive Maintenance für die Maschine zu realisieren. Neben einer guten Signalverarbeitung sind ausreichend Speicher und Rechenleistung erforderlich. Lutsch (Yaskawa): Industrie 4.0 lebt von Daten. Umrichter können heute schon viele Daten liefern, die, korrekt ausgewertet, Aufschluss über Prozesszustände, den Wartungszustand von Maschinen usw. geben können. Der Umrichter wird quasi zum Sensor. Die vielen Daten müssen übertragen werden, so dass integrierte Ethernet-basierte Schnittstellen zum Standard werden. Simulationsmöglichkeiten, sei es um die Entwicklung von Maschinen zu beschleunigen oder Prozessmodelle zu erstellen und zu optimieren, werden gefragt sein. Dreidimensionale CAD-Daten und Wärmemodelle, quasi die Hülle des digitalen Zwillings, sind heute schon Standard. In Zukunft wird es darum gehen, diese Modelle um Regelungseigenschaften zu erweitern und damit eine noch tiefergehende Simulation zu ermöglichen – keine leichte Aufgabe angesichts der vielfältigen Möglichkeiten, die Frequenzumrichter heute schon bieten. Karlheinz Wirsching, Senior Produktmanager Elektronik, Baumüller, Nürnberg »Frequenzumrichter sind nicht mehr nur für die Regelung der Maschinenbewegungen zuständig, sondern übernehmen zusätzlich Steuerungsaufgaben und die Datenverarbeitung für das IoT.« Senger (Mitsubishi Electric): Durch die permanent steigenden Anforderungen durch die Digitalisierung müssen auch Frequenzumrichter immer schlauer werden, um wettbewerbs- und einsatzfähig zu bleiben. Netzwerkfähigkeit, Auswertung von Betriebsdaten, Predictive Maintenance und Fernwartung, Installation out of the Box (z.B. fertige Templates) sind nur einige Beispiele des aktuellen Anforderungsspektrums. Beim Studieren mancher Anforderungsprofile könnte man fast den Eindruck gewinnen, dass die eigentliche Aufgabe, nämlich das Antreiben eines Motors, nahezu zur Nebensache wird. Armin Wallnöfer (ABB): Die realitätsnahe Simulation von echten Komponenten, wie zum Beispiel Frequenzumrichtern, wird im Zuge der Digitalisierung eine zentrale Rolle spielen. Mithilfe von virtuellem Engineering und Inbetriebnahme können Maschinenbauer und Systemintegratoren industrielle Automatisierungssysteme entwickeln und simu- Bild: Baumüller KEM Konstruktion » 01-02|2021 23
