IE4-Antriebspaket im Black Country

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IE4-Antriebspaket im Black Country

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South Staffordshire Water PLC oder kurz South Staffs Water versorgt weite Teile des sogenannten Black Country, ein Ballungsgebiet nord-westlich von Birmingham. Täglich liefern die Pumpen 330 Millionen Liter an rund 500.000 Haushalte und 36.000 Geschäftskunden. Die alte 115-Kilowatt-Asynchronmaschine (IE2) der Bohrlochpumpe in der Station Somerford förderte seit 20 Jahren, 2,5 Millionen Liter Wasser pro Tag. Da der Motor bereits mit Frequenzumrichter lief, lies sich der Energieverbrauch nicht weiter senken.

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South Staffs Water wollte daher einen Synchronreluktanzmotor testen. Dafür wurde der vorhandene Antrieb gegen einen ABB-Frequenzumrichter (ACS850) mit einem leistungsstärkeren Kernprozessor und Synchronreluktanzmotor-Software ausgetauscht. Der Verbund aus Umrichter und Synchronreluktanzmotor erlaubt eine direkte Drehmomentregelung (DTC), bei der Drehgeber entfallen.

Supply Director Keith Marshall bei South Staffs Water resümiert: „Der Energieverbrauch hat sich um 6 Prozent reduziert. Wir haben jährliche Stromkosten von mehr als 9 Millionen Pfund (etwa 11 Millionen Euro), die sich durch den Anstieg Energiepreise weiter steigen. Auf die Pumpen entfallen davon 90 Prozent – wir haben wegen des hügeligen Terrains unseres Einzugsgebiets die größte Förderhöhe aller britischen Wasserwerke. 6 Prozent bei einer bereits sehr effizienten Pumpe sind da hervorragend.”

Motor optimiert

Der Rotor eines Synchronreluktanzmotors hat weder Kurzschlusskäfig noch Permanentmagnete oder eine Felderregerwicklung. Stattdessen nutzt er das Prinzip der magnetischen Reluktanz. Durch eine verbesserte Rotorkonstruktion entfallen zudem die Verluste, die der Läuferkäfig verursacht. Dadurch steigt die Effizienz. Der Motor ist dadurch kleiner und erreicht seine Leistungen und Drehmomente mit einer niedrigeren Wärmeklasse.

In Somerford reduziert diese Konstruktion die Temperatur-Hotspots am Gehäuse um 58 Prozent verglichen mit dem Asynchronmotor. „Im Sommer könnten wir durch den vermehrten Einsatz von Synchronreluktanzmotoren die Belüftung reduzieren“, sagt Marshall. „Durch die niedrigere Wicklungstemperatur steigt zudem die Zuverlässigkeit. Die um 28 Prozent niedrigere Lagerschildtemperatur bedeutet, dass wir die Schmierintervalle verlängern können und dass die Lebensdauer der Lager zunimmt.”

Zusätzlich ist das Laufgeräusch um 75 Prozent reduziert: von 78 dBA auf 72,3 dBA bei einer Drehzahl von 1450 U/min. „Synchronreluktanzmotoren machen gerade in Pumpstationen Sinn, die in der Nähe von Wohngebieten liegen.“, erklärt Marshall.

Bis 15 Prozent sparen

„Wir haben in Somerford den alten Asynchronmotor durch einen Synchronreluktanzmotor gleicher Baugröße ersetzt“, erläutert Glen Hickman von Sentridge Control, dem für Installation und Inbetriebnahme zuständigen Unternehmen. „Wir hätten einen kleineren Motor nehmen können, aber ein direkter Vergleich funktioniert nur mit derselben Baugröße. Wir denken, dass die Energieeinsparung in anderen Pumpstationen leicht 10 bis 15 Prozent erreichen kann.“ Das Einsparpotenzial ist so hoch, dass South Staffs Water ein Investitionsprogramm vorgezogen hat. „Wir prüfen jetzt auch Anwendungen, die vorher eine geringere Priorität hatten“, sagt Marshall.

Der Synchronreluktanzmotor von ABB ist der erste Motor, der speziell für drehzahlgeregelte Antriebe entwickelt wurde. Herkömmliche Asynchronmotoren wurden hauptsächlich für Festdrehzahlen entwickelt und machen etwa 90 Prozent des Marktes aus. Erstmals steht damit eine Motortechnik zur Verfügung, die speziell den Anforderungen drehzahlgeregelter Pumpen und Lüfter entspricht.

Der eingesetzte Umrichter ACS850-Frequenzumrichter verfügt über direkte Drehmomentregelung (DTC), Flussoptimierung und auf Synchronreluktanzmotoren abgestimmte Software. Dies senkt den Energieverbrauch typischerweise bereits um 20 bis 50 Prozent. Nun kommt eine verbesserte Motortechnik hinzu, die weitere 5 bis 15 Prozent spart.

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