Siemens Motoren: Für jedes Förderprofil die passende Antriebslösung

Bei Strömungsmaschinen ist die passende Antriebslösung abhängig vom jeweiligen Förderprofil und der erforderlichen Regelgenauigkeit einer Applikation. Um zu entscheiden, welches Antriebskonzept sich hinsichtlich Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit am besten eignet, ist zunächst eine Analyse der Applikation notwendig. Dabei müssen sowohl Investitionskosten als auch anlagenspezifische Kenndaten sowie die jeweilige Fördermenge berücksichtigt werden.

Drosselregelung für den obersten Regelbereich

Die in der Anschaffung einfachste und kostengünstigste Variante stellt die Drosselregelung dar. Sie besteht aus einer Leistungsschalter-Schütz-Kombination im Dauerbetrieb, wobei die Fördermenge durch ein elektromechanisches Drosselventil geregelt wird. Da der Motor durchgehend bei Nenndrehzahl läuft, ist hier der Einsatz eines energieeffizienten Motors wie dem Simotics Niederspannungs-Asynchronmotor mit IE3 Wirkungsgrad besonders sinnvoll. Dieses Antriebskonzept rentiert sich jedoch nur dann auf längere Sicht, wenn sich die Fördermenge immer in der Nähe des Leistungs-Maximums befindet und nur geringen oder kurzzeitigen Schwankungen unterliegt. Bei schwankenden Fördermengen kommt es zu ausgeprägten Teillastverlusten, so als würde man mit einem Auto immer Vollgas fahren und die Geschwindigkeit mit der Bremse regeln.

2-Punkt-Regelung

Die 2-Punktregelung mit Sanftstarter eignet sich besonders für variable Entnahmen wie der Füllstandsregelung eines Tanks. Dank Ein-/Ausschaltbetrieb über die Sirius Schalttechnik von Siemens sorgt dieses Antriebskonzept dafür, dass bei variabler Entnahme immer ausreichend Flüssigkeit vorhanden ist. Der Füllstand wird durch einen Sensor überwacht. Beim Absinken auf Minimalfüllstand schaltet sich eine Pumpe mit Sanftstarter hinzu, der bei Erreichen des oberen Levels wieder abgeschaltet wird. Pumpe und der Tank werden dabei so gewählt, dass es relativ lange Ein- und Aus-Phasen gibt und häufige Schaltvorgänge vermieden werden. Dadurch sinkt der Eigenenergieverbrauch dieses Schaltgerätes nahezu auf die eines einfachen Schützes. Dank seiner elektronischen Phasenanschnittsteuerung im An- und Auslauf vermeidet der Sanftstarter harte Stöße im Rohrleitungssystem und schont die mechanischen Komponenten. Motor und Pumpe wiederum laufen bei Nenndrehzahl mit optimalem Wirkungsgrad und sorgen so für einen effizienten Betrieb.

Oft sind Strömungsmaschinen jedoch stärker schwankenden Fördermengen ausgesetzt. Hier kommen zwei Antriebskonzepte in Frage, mit denen sich bei stark schwankender Fördermenge der Energiebedarf beispielsweise gegenüber einer Drosselregelung halbieren, in Extremfällen bis zu 70 Prozent reduzieren lässt.

Sanftstarter-Frequenzumrichterkaskade

Bei der Kaskade besteht die Antriebslösung aus einer Kombination von einem oder mehreren Sanftstartern mit einem Frequenzumrichter, der die Feinregelung übernimmt. Bei einer Kaskade aus einem Sanftstarter und einem Frequenzumrichter wird nach Überschreiten der maximalen Pumpenleistung der drehzahlgeregelten ersten Pumpe automatisch der Sanftstarter mit Festdrehzahl hinzugeschaltet. Der Frequenzumrichter regelt jetzt den exakten Bedarf zwischen 50 und 100%. Hier können einerseits die Vorteile beider Antriebstechnologien, Frequenzumrichter und Sanftstarter, optimal ausgenutzt werden. Andererseits wird durch die Aufteilung der Pumpenleistung auf zwei kleinere Einheiten gerade bei geringer Last deutlich energieeffizienter gefördert.

Kaskade mit reiner Frequenzumrichterregelung

Erfordert der Prozess eine hohe Regelgenauigkeit und -geschwindigkeit bietet sich die reine Frequenzumrichterregelung an. Auch bei intensiv schwankenden Fördermengen passen die Frequenzumrichter die Motordrehzahl schnell und exakt an die aktuelle erforderliche Fördermenge an. Es wird somit bei maximalem Regelkomfort immer nur die gerade benötigte Energie aufgenommen. Ein weiterer Vorteil in Sachen Verfügbarkeit ergibt sich bei der Kaskade durch den redundanten Aufbau der Pumpen.

Ganz gleich, welches der vier Konzepte unter ökonomischen und ökologischen Aspekten zum Einsatz kommt: Die Komponenten und Systeme der Produktfamilien Sirius Schaltgeräte, Sinamics Frequenzumrichter und Simotics Motoren sind auch individuell kombinierbar. Dabei ermöglichen sie das optimale Zusammenspiel mit den jeweiligen Systemkomponenten und eine nahtlose Einbindung in die übergeordnete Automatisierungslandschaft.