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Aktuelles über Umrichter

Frequenzumrichter, Gleichstromumrichter, Regler, Energiespeicher, Sanftanlauf

koch10313Titelstory

Hannover Messe Halle 14, Stand J15

Mit der Dynamischen Energiekombination DEK präsentiert Michael Koch nun den dritten Energiespeicher für die Aktorebene. Diese bietet eine Kombination aus Dynamischem Energiespeicher DES und Dynamischer Energieversorgung DEV. Auf der Ebene der Antriebe sind mit den drei Geräten alle Möglichkeiten gegeben, netzunabhängig mit überschüssigen oder fehlenden Energien im Gleichstromzwischenkreis von Umrichtern umzugehen. Der DES erhöht als aktives Puffermodul die Energieeffizienz, die DEV schützt als Kurzzeit-USV vor negativen Folgen einer Spannungsschwankung oder Netzunterbrechung und die DEK darf als ein gewinnbringender Hybrid gelten, als energiesparende Kurzzeit-USV für Antriebe.



koch30313Im Dauerbetrieb setzt ein Umrichter den Netzstrom so um, dass der oder die angeschlossenen Motoren in der passenden Drehrichtung und Geschwindigkeit rotieren. Fällt die  Spannung ab oder wird sie gar unterbrochen, trudelt der Motor aus. Benötigt die Anwendung einen Wechselbetrieb, also Geschwindigkeits- und/oder Drehrichtungsänderungen, kommt Bremsenergie mit ins Spiel. So wird der Motor kurzzeitig zum Generator mit dem Effekt, dass die Spannung im System steigt und die Energie abgeführt werden muss. Dies geschieht heute über einen Bremswiderstand oder über eine Netzrückspeisung mit unklaren Folgen für die Netzqualität. Mit den Produkten Dynamischer Energiespeicher DES, Dynamischer Energieversorgung DEV und der neuen Kombination der beiden mit der Typenbezeichnung DEK können alle Aufgabenstellungen überraschend einfach gelöst werden.

Dynamischer Energiespeicher regelt sich selbstständig

Die Entwicklungsvorgaben für den Dynamischen Energiespeichers DES lauteten: Handhabung so einfach wie ein Bremswiderstand und in der Effizienz vergleichbar mit einer Netzrückspeiseeinheit. In seiner Standardausführung besitzt das aktive Puffermodul eine Speicherkapazität von rund 1,6 kJ und eignet sich damit für viele Anwendungen in der elektrischen Antriebstechnik. Ausgelegt für Umrichter mit Zwischenkreisspannungen bis 800 V DC (entspricht gängigem Netzanschluss von 400 V AC), die über einen direkten Zwischenkreisanschluss verfügen, ist das Speichermodul mit jedem gängigen Umrichtertyp einsetzbar. Dabei gilt: Auspacken, mit drei Litzen anschließen und Energie sparen. Mehr Arbeitsschritte sind für den Nutzer nicht erforderlich. Der Speicher regelt sich von Beginn an selbstständig. Referenzgeber für die Energieaufnahme und Energieabgabe ist der Bremschopperausgang des Umrichters. Der DES ermittelt darüber die relevanten Spannungsebenen im Gleichstromzwischenkreis des Umrichters und stellt seine Arbeitsparameter darauf ein.

Bremst der Antrieb, steigt die Zwischenkreisspannung. Übersteigt sie den bei der ersten Bremsung  ermittelten Grenzwert, nimmt der DES die Energie auf. Die Energie wird hier solange gespeichert, bis die Spannung den unteren Schwellenwert erreicht. Dann wird die gespeicherte Energie wieder in den Zwischenkreis zurückgegeben, noch bevor Energie aus dem Netz geholt wird. Dies ist der entscheidende Moment der Energieeinsparung. Der Speicher des DES entlädt sich bis auf den zuvor automatisch festgelegten Mindestpegel und wartet auf die nächste Bremsung. Die Flexibilität in Bezug auf seine Einsatzfähigkeit und seine Selbständigkeit verleihen dem Gerät das Attribut „dynamisch“. Das Speichermodul arbeitet als Stabilisator des Zwischenkreises und hat keinerlei Kontakt mit dem eingangsseitigen Stromnetz.

Dynamische Energieversorgung: Einbauen und Vergessen

Das Gerät mit dem Namen Dynamische Energieversorgung DEV fungiert als Kurzzeit-unterbrechungsfreie Stromversorgung für Antriebsumrichter und Servoregler. Die aktive Kapazitätserweiterung des Gleichstromzwischenkreises der Umrichter hält eine entsprechend der technischen Auslegung festgelegte Energiemenge vor, die dazu dient, bei Netzausfall das Spannungsniveau des Gleichstromzwischenkreises auf einem Niveau zu halten, das die Ausfallzeit ohne Störung überbrückt und / oder die Maschine zum definierten Stillstand bringt. Ziel ist es, dass der Antrieb und alle von ihm versorgten Systeme die Netzunterbrechung entweder gar nicht bemerkt oder in einen definierten Zustand kommt, von dem aus ein Neustart ohne Aufwand möglich ist. Beides ist die Aufgabenstellung des Applikationsengineerings, die mit Hilfe der DEV lösbar ist.

Die aktive Kapazitätserweiterung für Gleichstromzwischenkreise DEV der Baugröße 2.0 bringt in seiner Standardausführung eine Speicherkapazität von rund 2 kJ mit und eignet sich damit für viele Anwendungen in der elektrischen Antriebstechnik. Auch sie ist für Umrichter mit Zwischenkreisspannungen bis 800 VDC konstruiert, die über einen direkten Zwischenkreisanschluss verfügen. „Auch unsere Dynamische Energieversorgung DEV funktioniert wie eine Black Box, die für alle passt und die sich selbst einstellt. Mit nur zwei Litzen anschließen und dann einfach vergessen und Nerven sparen“, fasst der geschäftsführende Gesellschafter Michael Koch die Leistung des Geräts zusammen.

Dynamische Energiekombination vereint DES und DEV

Mit der Dynamischen Energiekombination DEK präsentiert das Unternehmen auf der diesjährigen Hannover Messe die Kombination der beiden oben vorgestellten Geräte. Die DEK kann sowohl Bremsenergie puffern wie auch Spannungsschwankungen bis hin zur Netzunterbrechung ausgleichen. Möglich macht dies die Aufteilung des Speichers in einen Bereich für die Bremsenergie und eine für die Energie der Kurzzeit-USV, wobei der USV-Bereich mindestens die Hälfte des Energiespeichers zugeteilt bekommt. Die genaue Aufteilung der zur Verfügung stehenden Energiemenge ist dabei das Ergebnis des Applikationsengineering. Ausgehend von einem Beispiel, bei dem es gilt, im Fall einer Bremsung 500 J Energie zwischen zu speichern, werden die restlichen zur Verfügung stehenden 1500 J für den USV-Fall vorgehalten.

Auch bei der DEK gilt, dass der Anschluss sehr einfach über drei Litzen hergestellt wird und das Gerät funktioniert. Bei keinem der drei Speicherlösungen ist ein Einschaltknopf vorhanden. Diese derart hohe Usability ist vorbildlich und stärkt den Charakter auch dieses Geräts wie der anderen beiden als unterstützenden Peripherieprodukt. Wie die DEV besitzt auch die DEK eine Überwachungsschnittstelle, die für eine nachhaltig gesicherte Funktion als Energielieferant im Fall einer Netzunterbrechung für essentiell angesehen wird.

Breites Gerätespektrum für gezielten Einsatz mit unterschiedlicher Belastbarkeit

koch20313Die "Drillinge" stehen in mehreren Leistungsstufen zur Verfügung. Neben der Basisvariante 2.0, die es in zwei Leistungsklassen gibt, bringt die Variante 3.0 einen weiteren Energieschub. Sie ist beim Faktor Leistung x Zeit höher belastbar. Erreicht werden die höheren Belastbarkeiten bei den maßgleichen Geräten durch eine veränderte Elektronik und eine deutlich verbesserte aktive Entwärmung. Beim DES bedeutet dies die gleiche Energiemenge bei kürzen Zyklen, bei der DEV sehr große Energiemengen bei ungeplanter oder gleiche Energiemenge bei häufiger geplanter Netzunterbrechung. Und bei der DEK wirkt sich die Erhöhung der Belastbarkeit in beiden Bereichen positiv aus.

Sollte das Speichervolumen bei einem der Geräte für die konkrete Anwendung nicht ausreichen, kann es durch weitere Speichermodule unkompliziert erweitert werden. Sie sind über Kabel mit verpolungssicheren Steckern einfach mit der DEV zu verbinden. Mit diesen Erweiterungsmodulen steht zusätzliche Energie in 2 kJ-Schritten bereit.


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