Antriebspraxis - Energieeffiziente Antriebssysteme mit fester oder variabler Drehzahl

2 Das moderne Antriebspaket

2.1 Bestimmungsgrößen bei der Auswahl

Bild 2.1 gibt einen Überblick über Bestimmungsgrößen bei der Auswahl eines Antriebs. Bei der technischen Klärung und der Entscheidungsfindung zur Beschaffung sollten bereits 3 große Kostenblöcke ausgewogen berücksichtigt werden:

- Errichtungskosten (Investitionen),
- Betriebskosten – Lebensdauerkosten – und - Umweltschutz.

Große Kapazitäten bei Halbleiter- und Maschinenherstellern und der Kampf um Marktanteile führen zu verstärktem Kostendruck auf die Mitbewerber. Kostenvorteile der Serienfertigung werden weitergegeben und «verbessern» laufend die Einstandspreise der Drehstromantriebe gegenüber der traditionellen Gleichstromlösung, die an den Kostensenkungen kaum noch teilnimmt.

Zusätzlich lassen sich Vorteile finden, wenn durch die geringeren Abmessungen der Drehstrommaschinen kostbarer Konstruktionsplatz für andere Maschinenkomponenten frei wird.

Lange Jahre wurde wenig auf die Kosteneinsparung beim Betrieb der Maschinen geachtet, obwohl über die Möglichkeiten zur Erfassung der Einsparung mehrfach berichtet wurde [2.1, 2.2].

Neuerdings rücken auch die Betriebskosten – Lebensdauerkosten – stärker ins Blickfeld, ebenso wie die Wartungskosten (Service), wegen der steigenden Personalaufwendungen. Hochwirkungsgradmotoren werden vermehrt eingesetzt, um die Energiekosten entsprechend der gesetzlichen Vorgaben zu senken. Die neuen mikroprozessorgesteuerten Stromrichter mit eingebauten Diagnoseroutinen bieten Vorteile, die man günstig zur Kostensenkung nutzen kann.

Wartungsintervalle können so leicht erfasst und Stillstandszeiten besser eingeplant werden, die zustandsbezogene Wartung gewinnt an Bedeutung. Der Wartungsaufwand für den Stromwenderapparat der Gleichstrommaschine fällt zunächst bei solchen allgemeinen Vergleichen stark ins Gewicht, jedoch kann eine pauschale Betrachtung ohne Berücksichtigung einzelner Details leicht zu einer falschen Entscheidung führen. Bei modernen Gleichstrommaschinen entsprechen nach Herstellerangaben die Bürstenstandzeiten bei normalem Betrieb der Lagerlebensdauer. Zwei wesentliche «Umweltschutzaspekte» gewinnen zunehmend an Bedeutung:
- Netzrückwirkungen und
- Geräuschemission.

Die unerwünschte Rückwirkung der eingesetzten Stromrichter auf das speisende öffentliche Netz nimmt stark zu, da jeder Stromrichter ein Oberschwingungsgenerator ist; netzfreundliche Stromrichterschaltungen gewinnen so an Bedeutung. Der erfreulichen Reduzierung der Einschaltstromspitzen beim Maschinenanlauf durch den Stromrichter – besonders bei Drehstromasynchronmaschinen – stehen starke Netzrückwirkungen durch Oberschwingungen bei Strom und Spannung gegenüber, deren Grenzen in entsprechenden Vorschriften beschrieben sind [2.3]. Obwohl die Rahmenvorschriften eingehalten werden, kann die starke Zunahme der Zahl der eingesetzten Stromrichterantriebe zu Störungen der Aggregate untereinander führen.

Die Geräuschemission des Antriebspakets – Stromrichter, elektrische Maschine und angekuppelte Arbeitsmaschine – kann durch die Eigenschaften der Gesamtkonstruktion deutlich beeinflusst werden. Der Anteil und das unvermeidbare Spektrum an Oberschwingungen in den Betriebsgrößen von gleich- und sinusförmigen Strömen sollte möglichst gering sein. 16-kHz-Pulsung – außerhalb des Hörbereiches des Menschen – ist bei Frequenzumrichtern anzustreben, um einen Teil der lästigen Geräusche zu eliminieren, z.B. bei Bühnen-Antrieben.