IE4-Antriebspaket mit Synchronreluktanzmotor überzeugt in der Praxis durch zusätzliche Energieeinsparung

Der Wasserversorger wollte in seiner Pumpstation Somerford einen 20 Jahre alten 115-Kilowatt-Asynchronmotor ersetzen, mit dem eine Bohrlochpumpe betrieben wird, die pro Tag 2,5 Millionen Liter Wasser fördert. Der Motor war bereits mit einem ABB-Frequenzumrichter ausgestattet. Das durch den Antrieb ermöglichte Energieeinsparpotenzial war also bereits ausgeschöpft. Das Wasserwerk war an einem Testbetrieb des Synchronreluktanzmotors interessiert, um von seinen Vorteilen, wie höherem Wirkungsgrad, größerer Zuverlässigkeit, geringerer Verlustleistung, geräuschärmerem Betrieb und reduzierten Wartungskosten zu profitieren.

Der vorhandene Antrieb wurde dafür gegen einen ABB-Frequenzumrichter mit einem leistungsstärkeren Kernprozessor und Synchronreluktanzmotor-Software ausgetauscht. Der ACS850 ermöglicht den Betrieb mit einem Synchronreluktanzmotor zusammen mit der weiterentwickelten direkten Drehmomentregelung (DTC), durch die Drehgeber und Drehzahlrückführgeräte entfallen können.

Effizienzpaket über Erwartungen

Das Effizienzpaket von ABB übertraf die Erwartungen von South Staffs Water. „Der größte Vorteil ist die Reduzierung des Energieverbrauchs um 6 Prozent“, erklärt Supply Director Keith Marshall. „Obwohl wir eines der effizientesten Unternehmen der Branche sind, haben wir trotzdem jährliche Stromkosten von mehr als 9 Millionen Pfund (etwa 11 Millionen Euro), die sich durch den Anstieg der Großhandelspreise für Energie noch weiter erhöhen.

Auf die Wasserpumpen entfallen davon etwa 90 Prozent, denn wir haben wegen des hügeligen Terrains unseres Einzugsgebiets die größte Förderhöhe aller britischen Wasserwerke. Eine Reduzierung um 6 Prozent bei einer Pumpe in einem bereits sehr effizienten System ist für uns eine hervorragende Nachricht.”

Ein Rotor eines Synchronreluktanzmotors hat weder einen Kurzschlusskäfig wie beim Asynchronmotor noch Permanentmagnete oder eine Felderregerwicklung. Stattdessen wird das Prinzip der magnetischen Reluktanz verwendet. Durch die überarbeitete Rotorkonstruktion entfallen die durch den Läuferkäfig verursachten Verluste, wodurch die Effizienz gesteigert wird und sich kompaktere Abmessungen ergeben. Die Standardleistung und -drehmomentstufen werden mit einer niedrigen Wärmeklasse erreicht, was die Lebensdauer der Motorisolation und der Lager bzw. die Schmierintervalle verlängert.

Bei South Staffs Water führte diese Konstruktion zu einer Reduzierung der Temperatur-Hotspots am Gehäuse um 58 Prozent verglichen mit einem Asynchronmotor. „Im Sommer sind die Temperaturen an vielen Orten hoch. Der Einsatz von Synchronreluktanzmotoren an mehr Standorten bedeutet für uns, dass die benötigte Belüftung reduziert werden kann“, sagt Marshall. „Durch die niedrigere Wicklungstemperatur steigt die Zuverlässigkeit insgesamt. Eine um 28 Prozent niedrigere Lagerschildtemperatur bedeutet außerdem, dass wir die Schmierintervalle verlängern können und dass die Lebensdauer der Lager zunimmt.”

Zusätzlich wurde das Laufgeräusch um 75 Prozent reduziert: von 78 dBA auf 72,3 dBA bei einer Drehzahl von 1450 U/min. „Die Möglichkeit des Einsatzes von Synchronreluktanzmotoren in Druckerhöhungsstationen, die in der Nähe von Wohngebieten liegen, ist für uns eine fantastische Neuigkeit“, erklärt Marshall.

Bis 15 Prozent Energieeinsparung

„Wichtig ist, dass wir uns für den probeweisen Einsatz des Synchronreluktanzmotors in einer Applikation entschieden haben, die bereits neueste Antriebstechnik nutzt, obwohl ein 20 Jahre alter Asynchronmotor verwendet wird“, erläutert Glen Hickman von Sentridge Control, dem für die Planung der Installation und die Inbetriebnahme der Applikation zuständigen Unternehmen. „Wir hätten einen kleineren Motor verwenden können, aber für einen genauen Vergleich haben wir uns für dieselbe Baugröße entschieden. Die zusätzlichen 6 Prozent Energieeinsparung sind unglaublich, wenn man bedenkt, dass die Applikation bereits als energieeffizient eingestuft war. Wenn wir eine ältere Motor-Antriebs-Kombination an anderer Stelle der Anlage auswählen, glauben wir, dass die Energieeinsparung leicht 10 bis 15 Prozent erreichen kann. Wir betrachten nun Anwendungen, bei denen alte Antriebstechnik eingesetzt wird oder wo eine Motor-Antriebs-Kombination sinnvoll erscheint.“

Der Glaube an das Einsparpotenzial ist bei South Staffs Water so groß, dass man das Investitionsprogramm vorgezogen hat, um früher von den Vorteilen zu profitieren. „Dies ist ein so beträchtlicher Schritt nach vorne gegenüber herkömmlichen Asynchronmotoren, dass wir nun andere Anwendungen an unseren Standorten in Betracht ziehen“, sagt Marshall. „Plötzlich rücken Anwendungen, die sonst eine geringe Priorität gehabt hätten, bei unserem Investitionsprogramm in den Vordergrund.“

Speziell für drehzahlgeregelte Antriebe

Der Synchronreluktanzmotor von ABB ist der erste Motor, der speziell für den Einsatz mit drehzahlgeregelten Antrieben entwickelt wurde. Herkömmliche Asynchronmotoren wurden hauptsächlich für Festdrehzahlen entwickelt und machen etwa 90 Prozent des Marktes aus. Erstmals steht damit eine Motortechnik zur Verfügung, die speziell den Anforderungen drehzahlgeregelter Pumpen und Lüfter entspricht.

Der im Antriebspaket enthaltene ACS850-Frequenzumrichter verfügt über die direkte Drehmomentregelung (DTC), Flussoptimierung und eine auf den Synchronreluktanzmotor

abgestimmte Software. Diese Merkmale führen zu einer erheblichen Effizienzsteigerung motorbetriebener Anwendungen und senken den Energieverbrauch typischerweise um 20 bis 50 Prozent. Jetzt ermöglicht die Motortechnik eine Energieeinsparung um weitere 5 bis möglicherweise 15 Prozent.