Sparsame Antriebe

Bisher wird die Leistung von Lüftern und Pumpen noch überwiegend durch mechanische Drosseln oder Dosierventile gesteuert, was reine Energieverschwendung ist. Nur wenige Prozent der Mittelspannungsmotoren sind mit drehzahlgesteuerten Antrieben ausgestattet. Die elektronische Drehzahlregelung führt dazu, dass der Maschine nur die Energie zugeführt wird, die für den Prozess benötigt wird. Häufig wird auch durch eine Überdimensionierung installierter Pumpen und Gebläse unnötig Energie verbraucht. Wird ein solches System nicht über eine Drosseleinrichtung, sondern mit einem drehzahlgeregelten Antrieb geregelt, kann der Energieverbrauch mitunter drastisch gesenkt werden.

Typische Anwendungsbereiche für Mittelspannungsantriebe mit veränderbarer Drehzahl sind Pumpen, Lüfter, Kompressoren, Extruder, Förderanlagen, Brech-, Mahl- und Walzwerke, Mischanlagen, Prüfstände und Motorschalter mit Anlass-trafo (Softstarter). Ebenso unterschiedlich sind die Industriesparten, in denen sie zum Einsatz kommen, wie die Petrochemie, der Wasser- und Abwasserbereich, chemische Industrie, Energiegewinnung etc.

ABB ist einer der weltweit führenden Anbieter von Mittelspannungsfrequenz- umrichtern im Bereich von 315 kW bis 100 MW. Diese werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen hohe Leistungen gefordert sind. Dank der präzisen Prozessführung durch DTC (direkte Drehmomentregelung) stellen die Antriebe die höchstmögliche Regelungsgenauigkeit ohne Drehgeber und trotz Schwankungen der Einspeisespannung oder plötzlicher Last-änderungen sicher.

Der luftgekühlte ACS 2000 wurde speziell für Lüfter, Pumpen, Kompressoren und andere gängige Applikationen entwickelt. Der Standard-Mittelspannungsfrequenz-umrichter ist als Low Harmonic Drive und als Regenerative Drive ausgeführt und ist mit einer Nennleistung von 400 bis 1000 kVA und Spannungen bis 6,9 kV erhältlich. Das besondere Merkmal des Umrichters ist, dass er ohne Transformator auskommen kann. Eine Reduzierung der Netzrückwirkungen zusammen mit der Motorregelung ist durch die Integration eines aktiven Gleichrichters (Active Front End, AFE) möglich, der die netzseitigen Oberschwingungen ohne Verwendung von Spezialtransformatoren minimiert. Die netzseitigen Oberschwingungen des ACS 2000 entsprechen denen von 24-Puls-Diodenbrücken oder sind sogar geringer und erfüllen die in Normen wie EN 61000–2–4 und IEEE519 festgelegten Werte für Strom- und Spannungsoberschwingungen. Durch Erfüllung dieser Normen sind Oberschwingungsanalysen oder die Installation von Mehr-Puls-Transformatoren, Netzfiltern oder sonstigen Einrichtungen zur Oberschwingungsreduzierung nicht erforderlich. Damit reduzieren sich auch der Verkabelungsaufwand und der Platzbedarf. Die Low Harmonic Drives können für eine Vielzahl von Motorregelungsanwendungen eingesetzt werden, bei denen eine saubere Stromversorgung entscheidend ist. Der ACS 2000 liefert einen nahezu sinusförmigen Strom- und Spannungsverlauf, sodass ein für den Frequenz-umrichterbetrieb geeigneter Standardmotor verwendet werden kann.

Für Anwendungen mit häufigen Starts und Stopps wie Fördersysteme gibt es die rückspeisefähigen Frequenzumrichter. Alle Funktionen der Low Harmonic Drives sind auch beim Regenerative Drive vorhanden. Darüber hinaus ermöglichen sie volle Leistung im motorischen und im generatorischen Betrieb. Durch die Rückspeisung wird eine erhebliche Energieeinsparung gegenüber anderen Bremsverfahren, wie der mechanischen und der Widerstandsbremsung, erzielt, denn es wird Energie in das Netz zurückgespeist. Ein externer Bremswiderstand wird nicht benötigt. Dies vereinfacht die Installation, und es entsteht kein Wärmeverlust. Die Energierückspeisung ermöglicht eine energiesparende Dauerbremsung zum Beispiel bei Abwärtsförderern oder Expandern in Gasleitungen.

Der AFE ermöglicht auch die Blindleistungskompensation (VAR). Mithilfe der VAR-Kompensation kann die Spannung innerhalb enger Grenzwerte geregelt werden. Spannungsabfälle durch den Direktstart anderer Motoren, die an dieselbe Einspeisung angeschlossen sind, können kompensiert oder vermieden werden. Blindleistungsstrafen lassen sich so verhindern.

ACS 2000, Low Harmonic Drives, und ACS 2000, Regenerative Drives, sind für Direktanschluss, für den Anschluss an einen externen Zwei-Wicklungs-Trenntransformator oder auch mit integriertem Transformator konzipiert. Der Direktanschluss hat den Vorteil, dass die Investitionskosten geringer sind, da auf einen teueren Transformator verzichtet werden kann.

Der ACS 6000 ist ein modular aufgebauter Mittelspannungsfrequenzumrichter, der für anspruchsvolle Ein- und Mehr-Motoren-Anwendungen entwickelt wurde. Auf der Netzseite kann der ACS 6000 mit einem Netzgleichrichter (LSU, Line Supply Unit) oder mit einem aktiven Gleichrichter (ARU, Active Rectifier Unit) ausgerüstet werden. Die Blindleistung wird dadurch auf ein Minimum reduziert und Blindleistungskompensationen werden nicht mehr benötigt. Der mit IGCT-Halbleiterschaltern (Integrated Gate Commutated Thyristor) realisierte Spannungswechselrichter ARU in 3-Punkt NPC (Neutral Point Clamped)-Topologie erfüllt alle Forderungen nach voller Rückspeisefähigkeit. Durch die Möglichkeit des generatorischen Bremsens können Prozesse ohne jegliche Einschränkungen und, wenn nötig, hochdynamisch geregelt werden. Oft können auch erhebliche Energiekosten eingespart werden.

Die Wechselrichtergrundmodule des ACS 6000 sind für 3, 5, 7, 9 und 11 MVA ausgelegt und enthalten jeweils drei Phasenmodule. Durch die Verwendung mehrerer Grundmodule an einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis können Leistungen bis 36 MVA realisiert werden.

Der ACS 6000 ist modular aufgebaut. Der Vorteil ist, dass die Module für verschiedene Antriebskonfigurationen maßgeschneidert zusammengestellt werden können. Dabei sind die einzelnen Module in sich konfigurierbar und können auf vielfältige Art und Weise funktional kombiniert werden. Die Module umfassen u. a. Netzgleichrichter, aktiver Gleichrichter, Wechselrichter, Kondensator, Steuer- und Regeleinheit, Wasserkühleinheit, Erreger, Eingangsfilter, Eingangsdrossel, Brems-Chopper, Spannungsbegrenzer und Bremswiderstand.

Mit einem ACS 6000 Multidrive (Mehr-Motoren-Antrieb) können bis zu fünf Motoren betrieben werden. Um die optimale Konfiguration zu erhalten, ist es möglich, sowohl Synchron- als auch Asynchronmotoren oder eine Kombination aus beidem, als auch Motoren mit unterschiedlicher Leistung mit einem Mehr-Motoren-Antrieb zu betreiben. Einzelmotorenantriebe können für verschiedene Redundanzstufen ausgelegt werden. Somit wird eine noch höhere Verfügbarkeit des Antriebssystems erreicht.