Wie kann man den Wirkungsgrad eines Motors und Antriebs ermitteln?

© ABB

Energieeffizienz ist ein heißes Thema. Unsere Kunden suchen ständig nach Wegen, Energie zu sparen, und nun helfen in Europa neue Normen dabei.

Europa versucht, Energie zu sparen, und einer der Wege hierzu ist die “Ökodesign”-Initiative.

Bis 2020 sind beispielsweise neue Ökodesign-Vorschriften für 13 Produktgruppen geplant, um bis 2020 Energieeinsparungen zu erzielen, die mindestens 12 % des gesamten Stromverbrauchs der EU im Jahr 2009 entsprechen. Durch diese Vorschriften wird sichergestellt, dass der Umwelteinfluss über die gesamte Nutzungsdauer der Produkte berücksichtigt wird – von der Herstellung bis zur Entsorgung.

Durch die neue Norm EN 50598-2 werden zwei neue Energieeffizienz-Klassifizierungen eingeführt, die sowohl Hersteller, wie ABB und Maschinenbauer, als auch die Endkunden nutzen können. Sie können die Energieeffizienz der Maschinen ermitteln, die sie bauen oder verwenden, um diese neuen europäischen Vorschriften einzuhalten.

Die erste ist eine IE-Klassifizierung für drehzahlgeregelte Antriebe, die in der Norm als CDM (complete drive module, „vollständiges Antriebsmodul“) bezeichnet werden. Das CDM besteht aus dem Frequenzumrichter und den angeschlossenen Hilfseinrichtungen wie z. B. einem Brems-Chopper oder EMV-Filter. Sie ähnelt der IE-Klassifizierung für Motoren, die von IE0 bis IE4 reicht. Je niedriger die IE-Ziffer ist, desto weniger effizient ist das CDM.

Je mehr du weißt

Bei der zweiten neuen Klassifizierung handelt es sich um eine IES-Systemklassifizierung für Systeme, die aus einem Motor plus Antrieb bestehen (PDS, power drive system).

Dies ist etwas Neues und Nützliches, denn zusätzlich zur Angabe des Gesamtwirkungsgrads enthält die Norm EN 50598-2 auch eine Reihe festgelegter Betriebspunkte, an denen der Wirkungsgrad des Antriebs- und Motorsystems gemessen wird. Wie viele wissen, brauchen zahlreiche Motoren nicht die ganze Zeit über mit voller Drehzahl zu laufen, üblicherweise laufen sie mit Teillast.

Diese an festgelegten Betriebspunkten durchgeführten Messungen liefern die Effizienzwerte bei Teillastbetrieb. Damit kannst du den Energieverbrauch deines Prozesses oder deiner Maschine auf der Basis typischer Betriebsprofile ermitteln. Dies ist eine große Hilfe bei der Kaufentscheidung, der Budgetierung und der Ermittlung der Energiekosten. Hiermit können die Anlagenrendite und auch die Verlustleistung ermittelt werden.

Die IES-Klassen reichen von IES0, dem geringsten Wirkungsgrad, bis zu IES2, der aktuell höchsten Wirkungsgradklasse. Weitere IES-Klassen werden künftig noch festgelegt. Diese neuen Klassifizierungen gelten für Motoren und Antriebe mit einer Spannung von 100 bis 1.000 V und einer Leistung bis 1.000 kW.

Einige Überlegungen zu den neuen IE- und IES-Klassen

Als Erstes ist anzumerken, dass die IE-Klassifizierung für Antriebe – die CDMs – anders erfolgt als bei den Motoren. Bei Motoren erfolgt die IE-Klassifizierung bei 100 Prozent der Motordrehzahl und 100 Prozent des Drehmoments. Beim CDM erfolgt die Klassifizierung bei 90 Prozent der Frequenz und 100 Prozent des Stroms.

Deshalb kann man nicht einfach die IE-Klassifizierung des Motors und des CDM addieren, um den IES-Wert des Gesamtsystems zu erhalten.

Zweitens hängen die Messungen oder Berechnungen von der Produktpalette des Herstellers ab. ABB beispielsweise baut sowohl Motoren als auch Antriebe. Gemäß der Norm kann ABB gesonderte IE-Werte für das CDM und den Motor sowie den IES-Wert für die Kombination eines ausgewählten Motors und Frequenzumrichters angeben. Herstellern, die nur Motoren oder Antriebe bauen, bietet die Norm Referenzmodelle an. So können Hersteller das Referenzmodell zur Bestimmung der IES-Klassifizierung des Antriebs- und Motorsystems (PDS) verwenden.

Bereit für die Berechnungen

IE2 ist der Wirkungsgrad unseres ACS580-Standardfrequenzumrichters. Aktuell ist dies die höchste Klassifizierung gemäß der EN 50598-2. Wir geben außerdem die Wirkungsgraddaten bei Teillast an.

Aber der Frequenzumrichter besitzt noch weitere Merkmale, mit denen unsere Kunden tagtäglich Energie sparen können. Er verfügt über integrierte Energieeffizienz-Analysefunktionen, mit denen er bei der Regelung von Anwendungen im Teillastbetrieb bis zu zehn Prozent mehr Energie sparen kann. Energieeffiziente Motoren lassen sich ebenfalls einfach regeln, und der Frequenzumrichter kann zusammen mit Induktions-, Asynchron- und Permanentmagnetmotoren verwendet werden.

Der Frequenzumrichter registriert außerdem den Energieverbrauch pro Tag oder Stunde und protokolliert so den Gesamtenergieverbrauch. Er kann sogar die Einsparungen bei den Kosten und den CO2-Emissionen berechnen. Anhand dieser Daten kannst du deine Anlagenrendite und den Netto-Kapitalwert berechnen.

Wenn weitere Energieeffizienznormen hinzukommen und die Anforderungen unserer Kunden sich ändern, werden wir die Entwicklung weiter vorantreiben und unseren Kunden moderne Antriebstechnik bieten. “Power and productivity for a better world” ist für uns genauso wichtig wie für dich.

Du möchtest mehr über die neue Norm erfahren? Besuche einfach unsere Ökodesign-Internetseite.

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Über den Autor

Klaus Allgaier

Ich bin Leiter des Bereiches Branchenmanagement im Business Development von ABB Automation Products. Die Mitarbeit in unserem Synchronreluktanzmotor-Team ist ein weiterer Schwerpunkt. Als Wahlhamburger liebe ich die Parks und die Elbe. Meinen Ausgleich zum Beruf finde ich in der Familie sowie beim Sport, im Speziellen beim Hockey und Triathlon.
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