Öko-Design für Frequenzumrichter

Dipl.-Ing. (FH) Nora Crocoll und Dipl.-Ing. (FH) Dietrich Homburg

Motoren sorgen in unterschiedlichsten Anwendungen für Bewegung und sind so das Herz heutiger Automatisierungstechnik. Insgesamt werden in der Industrie laut einer ZVEI-Studie jährlich 275 Mrd. kWh Energie verbraucht. Ein Großteil dieser Energie wird für den Betrieb von Motoren benötigt. Durchflussanwendungen, beispielsweise also Lüfter, Pumpen oder Kompressoren, verbrauchen knapp zwei Drittel der gesamten in der Industrie eingesetzten Energie. Diese Zahlen mögen auf den ersten Blick imposant wirken, wirklich spannend wird es aber, wenn man bedenkt, wie die meisten dieser Durchflüsse heute geregelt werden. In konventionell aufgebauten Anwendungen werden Motoren gewöhnlich direkt vom Netz gespeist. Das bedeutet, die Motordrehzahl ist direkt abhängig von der Netzfrequenz. Will man nun den Durchfluss reduzieren, gibt es verschiedene mechanische Maßnahmen: Der Druck oder Durchfluss wird durch Regelventile, Drosselklappen oder Bypassregelungen herabgesetzt. Was im Auto keiner tun würde, nämlich mit permanent durchgetretenem Gaspedal zu fahren und per Bremse die Geschwindigkeit zu regeln, ist bei Lüftern oder Pumpen heute noch gang und gäbe. Tatsächlich wird durch die Drallregelung des Durchflusses der Motor etwas weniger belastet, die daraus resultierenden Energieeinsparungen sind relativ gering: Senkt man beispielsweise bei einem Lüfter den Nennvolumenstrom um 20 %, sinkt die Energieaufnahme lediglich um ca. 10 %.

Anstatt unnötig viel Input zu erzeugen und dann den Output künstlich zu reduzieren, ist es sinnvoller, von vorneherein die Drehzahl eines Lüfters oder einer Pumpe so zu regeln, dass kein Überschuss entsteht. Hier kommen Frequenzumrichter ins Spiel. Sie regeln die Drehzahl eines Motors innerhalb eines bestimmten Bereichs stufenlos und reduzieren den Durchfluss auf das exakt benötigte Maß bei gesenktem Energieverbrauch. Frequenzumrichter leisten also einen wesentlichen Beitrag zur Energieeinsparung. Positive Nebeneffekte bei ihrem Einsatz sind außerdem die Geräuschminderung und die erhöhte Lebensdauer einer Anlage durch geringere Wärmeentwicklung.

Mit der Frequenzumrichter-Serie Altivar hat Schneider-Electric für jedes Antriebsproblem die richtige Lösung im Programm. Die Familien Altivar 11, 21 und 31 für die Leistungsbereiche von 0,18 bis 75 kW helfen nicht nur Energie sparen, sondern werden bereits seit einiger Zeit konform der RoHS-Richtlinie (Restriction of Hazardous Substances) gebaut. Die Richtlinie beschränkt deutlich den Einsatz von giftigen Substanzen wie z. B. Blei, Quecksilber oder Cadmium in elektrischen oder elektronischen Geräten. Ortsfeste Maschinen und Anlagen sind von der RoHS-Richtlinie dagegen nicht betroffen. Gleiches gilt für die WEEE-Richtlinie (Waste from Electrical and Electronic Equipment). Diese bezieht die Hersteller von Elektro- und Elektronikgeräten in die Deckung der Kosten für Sammlung, Behandlung und Verwertung von Altgeräten mit ein und schafft so einen Anreiz, die Recycling-Quote dieser Geräte zu erhöhen.

Die Frequenzumrichterfamilien Altivar 61 und 71 für Leistungsbereiche von 0,37 bis 500 kW sind für den Einbau in ortsfeste Anlagen gedacht. Obwohl daher auf diese Familien beide Richtlinien nicht zutreffen, haben sich die Automatisierungsspezialisten entschlossen, auch diese gemäß deren Vorgaben zu entwickeln und so einen weiteren Beitrag zum Umweltschutz zu leisten. Dabei übertreffen die Frequenzumrichter die Vorgaben sogar. Während die WEEE fordert, dass 70 % der Gerätekomponenten recyclebar sind, lassen sich bei den Frequenzumrichtern für Großanlagen beinahe 88 % der Komponenten wieder verwerten. Neben all dem wird auch das Gehör von Mitarbeitern geschont. Die Frequenzumrichter arbeiten standardmäßig bei einer Frequenz von 12 kHz und sind damit deutlich vom Punkt der höchsten Wahrnehmungsempfindlichkeit entfernt. Doch die Frequenzumrichter werden nicht nur umweltgerecht hergestellt. In verschiedenen Anwendungsbeispielen haben sie auch bewiesen, dass man mit ihnen richtig Energie sparen kann. So werden beispielsweise in der Pumpstation zur Wasserversorgung von La Rochelle durch Einsatz von Frequenzumrichtern 20 bis 25 % Energie eingespart. Bei der Temic Semiconducters in Nantes wiederum haben die Automatisierungsexperten die zentrale Belüftung der Produktionshalle mit ihren Frequenzumrichtern ausgestattet. Hierfür war eine Investition von 35 670 Euro nötig, eine Summe, die viele von einem solchen Projekt abhalten würden. Allerdings bringt die Umrüstung eine Energieeinsparung von 127 MWh, und es stellt sich bereits nach 13 Monaten der Return of Investment ein, oder anders ausgedrückt: Ab dem 14. Monat wird hier Geld gespart. Maßnahmen zum Umweltschutz sind also nicht zwangsläufig teuer, sondern mit den richtigen Lösungen wird neben der Umwelt auch der Geldbeutel geschont.

cav 538

Altivar im Überblick

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