Mittelspannungs-MS-Maschinen

Mittelspannung für Antriebe

Um höchste Leistungen und/oder Drehmomente zu erreichen, werden in der Antriebstechnik Mittelspannungs-MS-Maschinen (Nennwerte bis zu ca. 14 kV) eingesetzt.

Die Struktur des vorwiegend drehzahlverstellbaren MS-Antriebs unterscheidet sich nicht vom Niederspannungssystem. Abgesehen von der Motornennspannung verändern sich Topologie und Spannungsniveau des Umrichter. Auch die MS-Anlage arbeitet hochdynamisch, effizient und zuverlässig. Zusätzlich ist ein Netz-Transformator (ggf. mit separater, sogar SF 6 -freier MS-Schaltanlage) vorhanden, der als Lastschwerpunkt ausschließlich den Großverbraucher MS-Antrieb versorgt. MS-Motoren sind nach vergleichbaren Gesichtspunkten wie im NS-Bereich zu bemessen.

Anwendungen und Leistungen

MS-Antriebe werden in allen Industriebereichen realisiert. Sowohl High-Speed- als auch High-Torque-System betreiben beispielsweise Kompressoren, Rührwerke und Mühlen, Pumpen, Gebläse/Lüfter bevorzugt in den Branchen Chemie, Zement, Metallurgie, Kraftwerkstechnik, Erdöl- und Gaswirtschaft sowie für die Wasserversorgung. Applikationen in der Logistik (Verkehr zu Wasser, Containerwirtschaft, automatische Parkhäuser) bieten sich an. Neben Neuanlagen zählen Ersatzinvestitionen für Technologieverbesserung, Produktionssteigerung oder zur Rekonstruktion bestehender Ausrüstungen (Retrofit, Refurbishing) zu den prädestinierten Verwendungen. Die Leistungen liegen meist bei ¿ 8 MW, erreichen aber ebenso zweistellige MW-Werte.

Anzeige

Prinzipaufbau

Der prinzipielle Aufbau des energetischen Teils (Bild) entspricht der Grundstruktur nach IEC 61800-1. Übertragungsverhalten und Funktionalität gleichen der Niederspannungsausführung. Verschiedenartig sind lediglich - abgesehen von der Nennspannung des Drehstrommotors asynchroner (mit Kurzschluss- oder Schleifringläufer) oder synchroner (bevorzugt permanenterregt) Bauart - Schaltung und Spannungsniveau von Netz- (Gleichrichter) und Maschinenstromrichter (Mehrpunktwechselrichter). Schaltet man den Trafo zwischen Stellgliedausgang und MS-Maschine, übernimmt ein konventioneller NS-Stromrichter die Versorgung.

Für den Informationsbereich gilt die Entsprechung gleichermaßen, der Schutz ist wegen der höheren Betriebs-spannung naturgemäß ausgeprägter. Der Transformator passt die wählbare Mittelspannung an den zulässigen Eingangswert des den Motor (Bild) speisenden Stromrichters an. Seine Pulszahl p bestimmt die Zahl der Trafo-Wicklungen. Die oft applizierte 12-pulsige, ungesteuerte Brücke kann gegen eine halb- oder vollgesteuerte Anordnung mit p = 18, 24 ausgetauscht werden. Netzrückwirkungen bleiben in den zulässigen Grenzen.

Da die Mehrpunktschaltung das Potenzial Null der Zwischenkreisspannung anzapft, erreicht jede Halbwelle außer Null wenigstens zwei unterschiedliche Potenzialwerte. Eine an die Sinusform sehr gut angenäherte Motorspannung entsteht. Zusätzlich vermindert sich die Spannungsbeanspruchung der Leistungsbauelemente, die Zwischenkreisspannung lässt sich ggf. mehr als verdoppeln. Außerdem sinkt die Belastung der Isolation der Maschinenwicklung. Die kapazitive Fehlströme erzeugenden du/dt-Anstiege nehmen nämlich ab.

Bei Konstantdrehzahlantrieben lösen MS-Softstarter das Anlaufproblem.

In den Stellgliedern arbeiten neben Dioden die steuerbaren Elemente Thyristoren, GTO, HV-IGBT, IGCT oder IEGT. Alle Komponenten des Leistungskreises stehen sowohl luft- als auch flüssigkeitsgekühlt zur Verfügung. Die nachträgliche Umrüstung von Luft- auf Wasserkühlung ist möglich. Letztere erlaubt die Aufstellung in besonders aggressiver Umgebung.

Eigenschaften und Realisierung

MS-Antriebe kennzeichnen: hervorragende Betriebsdaten, beste Kühlfunktion bei niedriger Geräuschemission, geringe Betriebkosten (Langlebigkeit, Wartungs- und Energiekosten), gute Schwinggüte und Dämpfungseigenschaften, kompakte Bauweise. Leistungs- und Informationsverarbeitungsteil sind in geschlossenen Schränken (Mehrfachschrankbauform Bild) untergebracht. Trotz des Einsatzes typisierter Komponenten folgt ihre Ausführung dem Kundenwunsch.

Alle technischen Anforderungen und Sicherheitsbedingungen, die sich aus den einschlägigen EU-Richtlinien bzw. aus deutschen Gesetzen und Vorschriften ergeben, werden erfüllt. Mit angebotenen Schnittstellen lassen sich MS-Antriebe in ein übergeordnetes Automatisierungssystem einbinden. Für Inbetriebsetzung, Überwachung, Ferndiagnose und (Tele-)Service stehen universelle, bewährte Softwaretools auf handelsüblichen Notebooks und/oder speziellen Programmiergeräte mit Modem oder Ethernet-Schnittstelle bereit.

Fehlt etwa der erforderliche Betriebsraum zum Aufstellen der Schränke, bietet sich die Container-Lösung als transportables Schalthaus an. Trotz grundsätzlich fester Aufstellung ist damit die kompakte Mobilität seines Stellgliedes (mit Trafo) gegeben. Edelstahlgroßbehälters mit internem Überdruck schützen gegen aggressive Umgebung.

Doppeltgespeiste Motoren

Nicht nur für Windenergieanlagen, auch bei MS-Antrieben erlangt die Schleifringläufermaschine in der untersynchronen Stromrichterkaskade USK (Bild) seine Bedeutung zurück. Diese Renaissance der doppeltgespeisten Maschine wird bei großen Leistungen (bis > 10 MW) vor allem dann zur technischen und wirtschaftlichen Alternative, sofern bestehende Anlagen zu modernisieren sind (Retrofit, Refurbishing), Betreiber und Lieferanten auf langjährige Erfahrungen im Umgang mit derartigen Motoren bzw. Antrieben blicken sowie ein Mittelspannungsanschluss besteht.

Wirtschaftliche Effekte

Durch die geschilderten Eigenschaften sinken bei Neuanlagen wie beim Retrofit die Kosten (Abnahme der Total Costs of Ownership) gleichzeitig mit dem störungsfreien Erfüllen technologischer Vorgaben. Positive wirtschaftliche Ergebnisse betreffen vor allem Energieverbrauch, Montage, Wartung und Instandhaltung. Investitionskosten können sich infolge hoher Energieproduktivität in zwei Jahren über die Einsparung amortisieren.

Joachim Krause

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige

Lösungen auf der Hannover Messe

Rockwell realisiert 4.0

Industrieunternehmen auf der ganzen Welt digitalisieren ihren Betrieb, um ihre Wettbewerbsfähigkeit weiter zu erhöhen. Rockwell Automation auf der Hannover Messe 2017 sein Technologie-, Lösungs- und Serviceportfolio, mit dem sich die Vorteile von...

mehr...

Digitalisierung nutzen

3 Fragen an Dr. Jochen Köckler

Die Technologien für die Digitalisierung der industriellen Produktion sind ausgereift, wichtig ist jetzt, dass Entscheider die Vorteile, die daraus resultieren, auch erkennen. Aber auch die Rolle des Menschen in der Fabrik der Zukunft steht auf der...

mehr...