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Dresden, den 06.10.2011
Analyse der elektrischen Energiespar-potenziale im Antriebssystem von
Verarbeitungsmaschinen
Dipl.-Ing. Jörg Schützhold
Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Elektrotechnisches Institut, Elektrische Maschinen und Antriebe
TU Dresden, 06.10.2011 Analyse der elektrischen Energiesparpotenziale im
Antriebssystem von Verarbeitungsmaschinen Folie 2
Gliederung
1. Einleitung
2. Energiesparpotenziale bei Asynchronmotoren
4. Zusammenfassung
3. Energiesparpotenziale in den Servoantriebsachsen
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Motivation
Industrie: 2/3 der elektrischen Energie von elektrischen Antrieben aufgenommen
Verarbeitungsmaschinen: Energieaufnahme von fast ausschließlich durch elektrische Antriebe
Verknappung der Ressourcen und steigende Energiekosten:
Zunehmender Einfluss der Energieeffizienz auf die Kaufentscheidung
erhöhte Wettbewerbsfähigkeit durch ressourcenschonende Herstellungsverfahren
Analyse der Energiesparpotenziale im Antriebssystem von Verarbeitungsmaschinen
Am Beispiel der Schlauchbeutelverpackungsmaschine von THEEGARTEN-PACTEC Gmbh & Co. KG
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Beispiel: Schlauchbeutel-Verpackungsmaschine
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Funktion: Schlauchbeutel-Verpackungsmaschine
Quersiegel-einheit
Längssiegel-einheit
Kette
Produkt-ausgabe
Packmittel-führung
Zuteilband
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Elektrische Antriebe
Servoantriebe: Frequenzumrichter, PM-Synchronmotor (Sinus-Kommutierung), Vorschaltgetriebe
Hilfsantriebe: Asynchronmotor direkt ans Netz angeschlossen
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Gliederung
1. Motivation
2. Energiesparpotenziale bei Asynchronmotoren
4. Zusammenfassung
3. Energiesparpotenziale in den Servoantriebsachsen
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Am Beispiel einer 3kW-Vakuumpumpe:
Aktuelle Leistungsaufnahme bei Anschluss ans Netz 1,5 kW
Energiesparpotenziale bei Einsatz eines Frequenzumrichters:
Drehzahlvariabilität und Flussreduktion
Umrichtereinsatz statt Netzanschluss
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Auswirkung auf Eingangsleistung
Umrichtereingangsleistung bei den zwei Steuerverfahren:
Aktueller Arbeits-punkt
U/f-SteuerungΨOpt-
Steuerung
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Gliederung
1. Motivation
2. Energiesparpotenziale bei Asynchronmotoren
4. Zusammenfassung
3. Energiesparpotenziale in den Servoantriebsachsen
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Energiesparpotenziale Servoantriebsachsen
Antriebsachse mit dynamischem Lastspiel: Periodische Drehzahlstellvorgänge für variable Packungslängen
* Aktuell: maximale Anlagengeschwindigkeit 500 Produkte pro Minute bei 2 Siegelbacken und maximaler Varianz der Packmittellänge
Antriebsvariation
Verluste Leistungsfähigkeit
bei 500 Takten* maximale Takte
1. Energieoptimales Bewegungsprofil
-13 % 570
2. Einsatz größerer Motor +21 % 610
K 1. + 2. + Getriebe i↓ -8 % 620
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Gliederung
1. Motivation
2. Energiesparpotenziale bei Asynchronmotoren
4. Zusammenfassung
3. Energiesparpotenziale in den Servoantriebsachsen
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Zusammenfassung
Energiesparpotenzial bei den Hilfsantrieben sehr groß:
+ Flussreduktion, Drehzahlvariabilität
Auch bei Servoantrieben Effizienzsteigerung möglich, bei gleichzeitiger Leistungssteigerung
Annahme: reduzierte Drehzahl von Hilfsantrieben technisch ausreichend; Servoantriebsachsen optimiert
Leistungsreduktion ca. 1,4 kW (~40% PTotal) je Verpackungsmaschine:
1,4 kW ⋅ 19 Cent
kWh⋅ 23h ⋅ 330d = 2000 €
Reduktion CO2-Ausstoß um 6 Tonnen pro Jahr und Maschine
Amortisationszeit der Zusatzinvestition Umrichter < 1 Jahr
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