Highspeed-Antriebe
Wenn‘s schnell drehen muss
In Hochgeschwindigkeitsapplikationen müssen Motoren 100 000 Umdrehungen pro Minute oder mehr erbringen. KEB Automation setzt genau hier an und stellt mit den neuen Combivert F6 High-Speed Drives eine passende Antriebslösung zur Verfügung.
Ob in Kläranlagen, der Pharmazie oder in der Lebensmittelherstellung: High-Speed Umrichter sind überall dort gefordert, wo Motoren mit besonders hohen Drehzahlen laufen. Mit den neuen Combivert F6 High-Speed Drives hat sich KEB Automation dem angenommen und einen Umrichter für die Regelung sämtlicher Motorenarten vorgestellt. „Unsere neuen High-Speed Drives sind mit einer Leistung bis 450 kW, Ausgangsfrequenzen bis 2 000 Hz und Schaltfrequenzen bis 16 kHz State of the Art im Bereich der Hochgeschwindigkeitsanwendungen“, sagt Fabian Fischer, Teamleiter Applikationsvertrieb bei KEB.
Auf welche Leistungsmerkmale im individuellen Fall besonderer Wert gelegt werden sollte und wie Maschinen und Anlagen reibungslos in Betrieb genommen werden, erörtern Kunden gemeinsam mit dem Team von KEB. Außerdem werden Anwender, die bereits die Vorgängerversion der KEB-Drives im Einsatz haben, beim Umstieg auf die neue Umrichtergeneration unterstützt.
Die Kombination von F6 Drives und den COMBILINE Z2 Sinusfiltern schafft leistungsfähige Systemlösungen mit aufeinander abgestimmten Komponenten. Die Ausgangsfilter bestehen dabei aus einer Motordrossel und einem Kondensator und sind durch das Baukasten-Prinzip flexibel an verschiedene Anwendungen anpassbar. Für Motoren, die weniger empfindlich sind, ist die Motordrossel separat erhältlich. Auch bei der Montage der Filter im Schaltschrank haben Maschinen- und Anlagenbauer viele Freiheiten. „Die High-Speed-Filter der Z2 Serie weisen einen hohen Wirkungsgrad von mehr als 99,9 Prozent auf und verringern die oberwellenbehafteten Verluste im Motor in erheblichem Maße. Nicht zuletzt wird das EMV-Verhalten des Gesamtantriebs durch die Filter verbessert und Leitungslängen von über 100 Metern werden ermöglicht“, ergänzt Fischer.
Im Vergleich zu Multilevel-Umrichtern erreichen Anwender mit dem KEB-System bestehend aus Drive Controller und Sinusfilter einen höheren Systemwirkungsgrad bei vergleichbaren oder sogar niedrigeren Kosten und einer erhöhten Performance im Feldschwächebereich. Das individuell anpassbare Zusammenspiel von High-Speed Drive und Sinusfilter sorgt in der Praxis nicht nur für eine präzise Antriebsregelung und eine hohe Energieeffizienz, sondern erhöht auch spürbar die Lebensdauer von Turboblowern, Radialverdichtern und vielen weiteren Anwendungen.
Erste Wahl für Turboblower oder Spindeln
Turboblower zählen zu den klassischen Einsatzbereichen der Drives – und dafür gibt es gute Gründe. Da Turboblower nicht selten unter rauen Umgebungsbedingungen operieren, werden die Leiterplatten in den kompakten KEB Drives optional mit einer 3C3-Schutzlackierung versehen. Durch eine spezielle Softwarefunktion wird das Magnetlager auch nach einem Netzausfall aktiv gehalten. Die hohen Schaltfrequenzen der High-Speed Umrichter gepaart mit den Sinusfiltern stellen sicher, dass sich der Rotor nur minimal erwärmt und Verluste drastisch reduziert werden. Kosteneinsparungen lassen sich darüber hinaus durch die integrierte und geberlose maximale Drehzahlüberwachung (SMS) und sicher begrenzte Drehzahl (SLS) erzielen. „Praktisch ist das Multi-Feldbus-Interface, das eine einfache Einbindung in Prozessleitsysteme ermöglicht“, sagt Fischer.
Auch der Antrieb von Spindeln mit verschiedenen Werkzeugen ist ein Fall für die Combivert F6 High-Speed Drives, da sie ein hohes Drehmoment über die ganze Drehzahlbandbreite realisieren. Auch bei dieser Anwendung sind die geberlose Positionierung sowie die Drehzahlsteifigkeit bis 120 000 Umdrehungen pro Minute gute Argumente für den Einsatz der neuen High-Speed Lösung aus dem ostwestfälischen Barntrup. Daneben wird die Ausnutzung des Reluktanzmoments bei Synchronmaschinen mit asymmetrischer Reaktanz (zum Beispiel IPM-Motoren) ermöglicht und durch die Multi-Geber-Schnittstelle sowie alle Betriebsarten im Standardbaukasten profitieren Betreiber von High-Speed Spindeln von einem Höchstmaß an Flexibilität.
Inbetriebnahme wird vorab simuliert
Für alle Hochgeschwindigkeits-Applikationen bietet KEB Simulationsmöglichkeiten und virtuelle Inbetriebnahmen mithilfe des digitalen Zwillings an, wodurch sich Zeit und Kosten bei der späteren realen Inbetriebnahme sparen lassen. Unter anderem wird für das optimale Zusammenspiel aller High-Speed-Komponenten auf Matlab/Simulink gesetzt. Die Software ist ein etablierter Standard zur Modellierung und Simulation komplexer, dynamischer Systeme. So lassen sich anhand der vorliegenden Motordaten zuverlässige Vorhersagen unter anderem zum statischen und zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeit oder der Spannung treffen. Kostspielige Praxistests entfallen durch die umfangreichen Simulationsmöglichkeiten. Darüber hinaus nutzt KEB die virtuelle Antriebsauslegung mittels Hardware in the Loop (HIL). Auf Grundlage der Motor-, Sinusfilter- und Umrichterdaten wird die Inbetriebnahme vorab simuliert, ohne dass reale Komponenten dafür benötig werden. Variationen der systembezogenen Parameter sind so ohne Risiken jederzeit möglich und die fertige Parametrierung steht bei der nachfolgenden realen Inbetriebnahme bereits zur Verfügung.
Heute sind flüssigkeits- und luftgekühlte Versionen der High-Speed Umrichter bis 450 kW serienreif verfügbar. Der Weg dorthin war kein einfacher, weiß Fischer: „Speziell die vom Markt geforderten hohen Umgebungstemperaturen mit 55 Grad Celsius Vorlauftemperatur bei den flüssigkeitsgekühlten Geräten haben uns vor Herausforderungen gestellt, da wir eine hohe und sichere Verfügbarkeit der Geräte durch die Verwendung von Standardbauteilen sicherstellen wollten. Am Ende hat sich die Arbeit gelohnt, weil wir eine leistungs- und strapazierfähige Lösung anbieten können, die unseren Kunden echte Mehrwerte bietet.“
Autor: Tim Schöllmann, Redakteur, KEB Automation, Barntrup
Bilder: Aufmacher KEB Automation sowie (v. l.) Fotolia_134129167 – Andreas Prott, Alfred Jäger, AdobeStock_655400727 – Alexander Martschenko (KI-generiert),
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