TRENDS » Perspektiven » Elektrotechnische Bauelemente Kater (KEB Automation): Sofern die Geräte DC-Anschlussklemmen besitzen, können sie theoretisch direkt in einem DC-Netz eingesetzt werden. Dies wird auf Maschinenebene bereits seit mehr als 20 Jahren erfolgreich umgesetzt, bisher allerdings meist nur herstellerproprietär. Daher haben wir im Projekt mehrere „Spielregeln“ definiert, um einen reibungslosen Betrieb im herstelleroffenen Netz zu gewährleisten. Zum Beispiel ist jeder Netzteilnehmer dafür verantwortlich, die Störaussendungen in Richtung DC-Netz unter einem gewissen Pegel zu halten. Da die Störmechanismen und -pfade aber sehr ähnlich zur AC-Welt sind, können bekannte Filterlösungen schnell auf DC adaptiert werden. Krei (Yaskawa Europe): Wenn der Bedarf an DC-gespeisten Frequenzumrichter deutlich steigt, lohnt es sich möglicherweise, zusätzlich Geräte ohne AC-Einspeisung in Serie zu bauen. Am Frequenzumrichter selbst muss ansonsten gar nicht so viel geändert werden. Die wesentlichen Änderungen ergeben sich bei der Installation, den Anschlüssen und der Absicherung. KEMKonstruktion|Automation: Wechselrichter werden direkt an das DC-Netz angeschlossen, ergeben sich dadurch Vorteile bei den Gerätekosten? Welchen Einfluss haben dabei die Leistungshalbleiter für die Rückspeisung? Blank (Keba Industrial Automation): Eine Reduktion der Gerätekosten ergibt sich im Vergleich mit AC-gespeisten Einzelachsgeräten, da die Gleichrichter, Einzelvorladung und Netzfilter entfallen. Im Vergleich mit Wechselrichtern aus DC-Verbünden von KEBA sind keine großen Unterschiede zu erwarten. Die Energierückspeisung ins DC- Netz ist bei allen KEBA Wechselrichtern ohne Zusatzaufwand gegeben. Die Rückspeisung ins AC-Netz ist mit geregelten Versorgungsgeräten ebenfalls möglich. Borcherding (Lenze): Die modifizierten Gerätereihen mit wegfallenden oder ausgetauschten Bauteilen haben zunächst kaum Auswirkungen auf die Gerätekosten, weil die Grundkonstruktion gleich bleibt. Erst vollständig für ein DC-Netz konstruierte Geräte bieten die gesamten Vorteile. Wir gehen dabei von etwa 25 Prozent kleineren Wechselrichtern aus. Die Kostenvorteile bleiben im Rahmen, weil viele funktionale Anteile wie der Steuerrechner und Schnittstellen identisch blei- Bild: Lenze Prof. Dr. Holger Borcherding, Professor an der TH OWL, wissenschaftlicher Leiter von DC-Industrie 2 und fachlicher Leiter Innovation, Lenze SE, Aerzen »Durch die Veröffent - lichung der offenen DC-Industrie-Systemspezifikation über die ODCA gibt es schon heute belastbare technische Regeln, sodass jeder Hersteller entsprechende Geräte konstruieren und betreiben kann.« ben. Für die Rückspeisung ins DC-Netz sind keine zusätzlichen Leistungshalbleiter nötig. Im Gegenteil: Es entfallen sogar alle netzseitigen Leistungshalbleiter! Auch Bremswiderstände, die diese Energie in Wärme umsetzen, sind nicht erforderlich. Insgesamt kommt es zu deutlichen Kostenvorteilen – insbesondere, wenn die Integration von Speicher und PV-Anlagen erfolgt. Hier kommen die Stärken des DC-Netzes voll zum Tragen: Energieeffizienz, Spitzenlastausgleich und eine etwa 30% geringere Anschlussleistung, da die Blindleistung komplett entfällt. Fosselmann (Danfoss Drives): Ja, Kostenvorteile entstehen durch den Wegfall von Komponenten oder auch durch die Nutzung kleinerer Komponenten wie bereits zum Thema Modifizierung erläutert. Da der DC-Frequenzumrichter bidirektional ist, benötigt er im Gegensatz zur Nutzung im AC-Bereich keine separate Rückspeiseeinheit (6 puls-Brücke), wodurch weitere Kosten- und Effizienzvorteile erzielt werden. Im Allgemeinen lohnt sich die Rückspeisung bei kleineren Leistungen im AC- Bereich nicht, da der Kostenaufwand größer ist als der Nutzen. Ein wesentlicher Aspekt hierbei sind die grid codes und damit zusätzliche Zertifizierungskosten auf für die Hersteller. Somit wird in der AC-Welt die Energie im Bremswiderstand in Wärme umgesetzt. Kater (KEB Automation): Da die dezentralen Gleichrichter in den Frequenzumrichtern entfallen, kann das Einzelgerät etwas günstiger und kleiner werden. Wir sollten in Zukunft jedoch davon abrücken, Wirkungsgrade und Kosten von einzelnen Komponenten isoliert voneinander zu betrachten. Der Blick auf das Gesamtsystem ist viel wichtiger und interessanter: Durch die erhöhte Spannung, zwei statt drei aktiven Leitern, keinerlei Verschiebungs- und Verzerrungsblindleistung und dem direkten Energieaustausch bei Bremsvorgängen ergeben sich sowohl beim initialen Investment als auch während der Betriebsphase deutlich größere Potenziale. Krei (Yaskawa Europe): Wie bereits gesagt, man könnte auf die AC-Einspeisung, also auf die Eingangsklemmen und den Gleichrichter, verzichten. Diese Komponenten sind aber deutlich weniger kostenintensiv als zum Beispiel der Wechselrichter mit seiner Ansteuerung und der Controller. KEMKonstruktion|Automation: Gemäß DC-Industrie sind verschiedene Spannungslevel für das DC-Netz spezifiziert. Decken sich diese mit den üblichen Zwischenkreisspannungen der aktuell verfügbaren Frequenzumrichter? Welche Probleme können beim Anschluss an das DC- Netz auftreten? 50 KEMKonstruktion|Automation » 11 | 2023
Erik Fosselmann, Senior Manager Hardware & Mechanics, Danfoss GmbH, Bruchsal Blank (Keba Industrial Automation): Die in DC-Industrie2 definierte maximale DC-Spannung von 800 V leitet sich von den AC-Netzspannungen zwischen 400 bis 480 V ab. Hierfür sind aktuelle Antriebssystem von KEBA ausgelegt und somit auch mit dem DC-Netz kompatibel. Beim Einsatz der Servoregler in den Modellanlagen von DC- Industrie2 traten keine Probleme auf. Borcherding (Lenze): Die Systemspezifikation von DC-Industrie stellt die technische Kompatibilität von heutigen Antriebssystemen verschiedener Hersteller für den Betrieb am DC-Netz sicher. Der Betrieb von zehn Modellanlagen und Transferzentren sowie erste produktive Pilotanlagen mit Lenze-DC-Wechselrichtern untermauern diese Kompatibilität. So waren für das DC- Netz keine oder nur geringe Anpassungen der Regelungssoftware nötig, um die Abschaltbedingungen einzuhalten. Und auch die dynamischen Anforderungen wurden erfüllt, sodass wir keine Probleme beim Anschluss der Geräte erwarten. Bild: Danfoss Drives »Das Ziel des Projektes DC-Industrie war es, ein DC-Netz basierend auf der bestehenden Infrastruktur zu designen. Dadurch decken sich die Spannungslevel mit den üblichen Zwischenkreisspannungen.« Fosselmann (Danfoss Drives): Das Ziel des Projektes DC-Industrie war es, ein DC- Netz basierend auf der bestehenden Infrastruktur zu designen. Dadurch decken sich die Spannungslevel mit den üblichen Zwischenkreisspannungen. Zusätzlich kann man einen weiteren Freiheitsgrad in der Spannung zur Regelung der Quellen einsetzen (Droop-Curve). Grundsätzlich gibt es keine wesentlichen Unterschiede zum Anschluss an ein AC-Netz. Kater (KEB Automation): Das DC-Industrie-Spannungsband orientiert sich primär an den typischen Zwischenkreistopologien mit zwei in Serie geschalteten Elektrolytkondensatorsträngen. Einige Hersteller wie KEB Automation setzen hier 420-V-Elkos ein, was eine maximale Systemspannung von 840 V ermöglichen würde. Da wir aber ein herstelleroffenes Netz haben wollen, haben wir uns auf eine Maximalspannung von 800 V geeinigt. Diese Anforderung erfüllt nahezu jeder aktuell marktverfügbare Umrichter. Krei (Yaskawa Europe): Hier sind drei Aspekte zu beachten: die Komponenten, die Installation und die Anwendung beziehungsweise Applikation. In Bezug auf die Komponenten liegen die durch DC-Industrie spezifizierten Spannungspegel im Bereich der üblichen Zwischenkreisspannung derzeitiger Frequenzumrichter, das ist also kein Problem. Bei der Installation erfordert die Umstellung der Einspeisung von AC auf DC im Wesentlichen Veränderungen im Schaltschrankbau und in der Infrastruktur der Industrieanlagen. Es sind andere Leitungen und Sicherheitseinrichtungen erforderlich. Benötigt man zum Beispiel für ein 400-V-Gerät eine Zuleitung mit vier Adern mit drei Phasen und einem Schutzleiter, so werden für ein vergleichbares Gerät mit Gleichspannungsversorgung nur drei Adern benötigt, jeweils eine für Plus und Minus und eine für den Schutzleiter. Sicherungen, Schutzelemente und Schalter sowie Stecker müssen auf die DC-Spannung ausgelegt und konstruiert werden, sodass sie auch unter Last sicher trennen können. Das ist FUTURE PROOF GATEWAY AND PROTOCOL CONVERTER ❯ Neue Prozessorgeneration ❯ Kompakte Bauform ❯ Neues Bedienkonzept ❯ Schneller Datenaustausch UNIGATE FALCON FOCUS ON SKILL Nürnberg, 14.-16.11.2023 Besuchen Sie uns! ❯ Halle 5, Stand 328 Protocol Converter Embedded Solutions Gateways Deutschmann Automation GmbH & Co. KG KEM Tel.: Konstruktion|Automation +49 6434 9433-0 · info@deutschmann.de » 11 | 2023 51 www.deutschmann.de
