Die Amortisationsrechnung gespart

Energieeffizienz, hohe Dynamik, Leistungsdichte und großer Drehzahlstellbereich standen bislang im Widerspruch zu möglichst geringen Anschaffungskosten. Lenze als Spezialist für Antriebs- und Automatisierungstechnik zeigt, dass es doch geht: Die L-force-Drehstrommotoren MF bieten als Teil des neuen Drive Packages mehr Funktionalität für weniger Geld.

Der geregelte Betrieb von Elektromotoren hat sich in den vergangenen Jahren so weit etabliert, dass mittlerweile über 30 Prozent der Neuinstallationen mit (Servo-)Umrichter ausgestattet werden. Für den Umrichterbetrieb kommen bisher entweder Drehstromnormmotoren oder klassische Servomotoren in Synchron- oder Asynchrontechnik in Frage.

Große Lücke zwischen Drehstrom- und Servomotoren

Aufgrund ihres verhältnismäßig einfachen Aufbaus und großer Produktionsmengen haben herkömmliche Drehstrommotoren einen relativ niedrigen Anschaffungspreis. Sie werden in den meisten Fällen an einem starren 50- oder 60-Hz-Netz betrieben und sind deshalb auf eben diese Betriebsbedingungen ausgelegt. Für den Betrieb an einem Frequenzumrichter wird oftmals nur in eine verbesserte Wicklungsisolierung investiert.

Drehstrommotoren besitzen als Folge des einfachen Aufbaus eine relativ geringe Leistungsdichte. Sie sind größer als Servomotoren gleicher Leistung und haben ein großes Trägheitsmoment, das sie undynamisch macht. Der Stellbereich, in dem Drehstrommotoren mit einem konstanten Drehmoment an einem Frequenzumrichter betrieben werden können, liegt bei etwa 1:15.

Servomotoren sind dagegen ganz auf einen großen Stellbereich und eine große Dynamik getrimmt. Bei gleicher Leistung sind sie deutlich kompakter als Drehstrommotoren und mit ihrem hohen Wirkungsgrad besonders energieeffizient. Diese technologischen Vorteile haben ihren Preis: Die Anschaffungskosten von Servomotoren liegen deutlich über denen von Drehstrommotoren.

Zwischen Servomotoren und den für Netzbetrieb optimierten Drehstrommotoren klaffte demnach eine große Lücke: Für die vielen geregelten Antriebe, die nicht die extrem hohe Dynamik eines Servomotors benötigen, gab es bisher einfach keinen Motor. Hier griffen die Anwender immer wieder auf einen herkömmlichen Drehstrommotor mit frequenzumrichtertauglicher Wicklung zurück. Die eigentlichen Potenziale des Frequenzumrichter-Betriebes wurden nicht genutzt.

Optimierte Drehstrommotoren nutzen Potenziale des FU-Betriebes

Mit den speziell auf den Frequenzumrichter-Betrieb optimierten L-force Drehstrommotoren MF zeigt Lenze erstmals, welche Möglichkeiten in Drehstrommotoren stecken. Die vier wichtigsten Eigenschaften sind kompakt, dynamisch, variabel und hocheffizient. Im einzelnen: Kompakt, weil die neuen MF-Motoren um bis zu zwei Baugrößen kleiner sind als ein herkömmlicher Drehstrommotor gleicher Leistung. So weisen sie beispielsweise in der Baugröße 71 eine Nennleistung von 1,5 kW auf. Zum Vergleich: Ein herkömmlicher Drehstrommotor muss in der Baugröße 90 gewählt werden, um die gleiche Leistung zu liefern.

Dynamisch, weil durch die kleinere Achshöhe reduziert sich das Massenträgheitsmoment im Vergleich zu einem auf den Netzbetrieb optimierten Motor. Damit liegt der L-force-Drehstrommotor MF in seiner Dynamik zwischen Servo- und herkömmlichem Drehstrommotor. Variabel, weil der Stellbereich des L-force-Drehstrommotors etwa 1:24 (ohne Feldschwächung) beträgt. Der Motor ist damit wie ein Servomotor sehr drehzahlvariabel einsetzbar. Hocheffizient, weil die Drehstrommotoren MF die entsprechenden Mindestwirkungsgrade der Effizienzklasse IE2 übertreffen. Das im Vergleich zu Normmotoren niedrigere Trägheitsmoment reduziert den Energieverbrauch bei Drehzahländerungen.

Motorfeedbacksysteme und Korrosionsschutzpakete

Wichtig für die Anwender: Zusätzlich zu diesen Vorteilen greift Lenze auf den umfangreichen und passgenauen Baukasten der L-force-Drehstrommotoren MD/MH zurück: Motorfeedbacksysteme, Oberflächen- und Korrosionsschutzpakete und ein vielfältiges Spektrum an Federkraftbremsen sind nur einige Bestandteile dieses Baukastens. Die Federkraftbremsen haben nebenbei gegenüber vielen Servomotoren einen weiteren Vorteil zu bieten, der sich besonders bei Wartungsarbeiten zeigt: Während die in Servomotoren verwendeten Permanentmagnet-Bremsen oftmals nur als Haltebremsen dienen, sind die Federkraftbremsen auch als Betriebsbremse einsetzbar, z.B. in Regalbediengeräten. Die Federkraftbremsen der L-force-Drehstrommotoren MF sind leicht zugänglich und lassen sich mehrmals nachstellen.

Durchgängig vorteilhaft im Drive Package

Um die genannten Vorteile der optimierten Drehstrommotoren auch in einem kompletten Antriebssystem zur Geltung bringen zu können, hat Lenze ein Antriebspaket geschnürt, das neben den Motoren aus dem neuen Motorumrichter 8400 motec sowie den L-force-Getrieben besteht. Der auf dem Motor montierte dezentrale Frequenzumrichter und die direkt angebauten Winkel- oder Koaxialgetriebe unterstützen nicht nur die Kompaktheit. Das komplette Drive Package zeichnet sich auch durch hohe Energieeffizienz in allen Komponenten aus: Zusätzlich zu den hohen Wirkungsgraden von Getriebe und Motor bietet der Frequenzumrichter 8400 motec im VFCeco-Modus eine intelligente Anpassung des Magnetisierungsstromes. Gerade im Teillastbetrieb wurden Drehstrommotoren bislang mit einem größeren Magnetisierungsstrom versorgt, als die Betriebsbedingungen es eigentlich erforderten. Der VFCeco-Betrieb passt dagegen die Magnetisierung der Last an und senkt den Energieverbrauch so um bis zu 30 Prozent.

Preis: -20 % gegenüber 50-Hz-Drehstrommotor

Die L-force-Drehstrommotoren MF nutzen erstmals die Chancen, die der Frequenzumrichter-Betrieb bietet. Gegenüber herkömmlichen Drehstrommotoren ergibt sich ein deutlicher Performancezuwachs. Der eigentliche Clou aber liegt in den Anschaffungskosten: Gegenüber einem leistungsgleichen 50-Hz-Drehstrommotor, der bislang preisgünstigsten Motorlösung, ist es gelungen, den Preis um über 20 Prozent senken. Eine Amortisationsrechnung, wie sie bislang bei hocheffizienten Motoren angewendet wurde, ist daher nicht mehr notwendig.W

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