Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die technischen und umweltrelevanten Ziele lassen sich wie folgt zusammenfassen:
\n\u00b7\tEnergieeinparungen bis zu 50% durch Arbeitspunktanpassung,
\n\u00b7\tBeseitigung bzw. Minimierung der Schwebungsger\u00e4usche,
\n\u00b7\tEinsatz preiswerter Standard-Asynchronmaschinen (ASM) ohne Anlauf- und Betriebskondensatoren und damit Wegfall der aufwendigen Blechabstimmung,
\n\u00b7\tSicherung des spontanen Leistungsangebotes,
\n\u00b7\tstarke Reduzierung von Pumpen- und Motorentemperatur und damit Erh\u00f6hung der Lebensdauer und
\n\u00b7\tVerbesserung des Endtotaldrucks der Pumpen durch eine niedrigere \u00d6ltemperatur.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1.\tVoruntersuchungen zu Einsparungspotenzialen bei Wechselstrommotoren mit variabler sinusf\u00f6rmiger Spannung (Stelltransformator)
\n2.\tVoruntersuchungen zu Einsparungspotenzialen bei Drehstromasynchronmaschinen mit variabler sinusf\u00f6rmiger Spannung (Stelltransformator)
\n3.\telektrische Messungen bei Vakuum
\n4.\takustische Messungen bei Vakuum
\n5.\tFrequenzumrichter mit Drehstrom-Asynchronmaschine
\n6.\tKonzeption des Leistungsteils des Frequenzumrichters
\n7.\tSignalverarbeitung
\n8.\tFunktionsaufbau und Messungen
\n9.\tVergleich mit den Voruntersuchungen<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Ein Drehstrom-Asynchronmotor hat gegen\u00fcber einem Wechselstrommotor wesentliche Vorteile beim Einsatz als Antrieb f\u00fcr Vakuumpumpen. Neben den erreichten Ergebnissen der Voruntersuchung mittels 3-Phasen-Stelltransformator ging es vor allem auch darum, eine 230\/400V-Drehstrom-Asynchronmaschine am 1-Phasen Netz zu betreiben und die daf\u00fcr notwendigen Mehrkosten zu minimieren. Dies ist nur durch die Anwendung eines SPM-Frequenzumrichters m\u00f6glich.
\nDurch die Verringerung der Amplitude und der Frequenz der am Motor anliegenden Spannung war es m\u00f6glich, eine wesentliche Reduzierung der Wirkleistung im Quasi-Leerlauf (bei aufgebautem Vakuum) zu erreichen. In dem f\u00fcr diese Pumpen-Motor-Kombination ermittellten optimalen Punkt bei f=30Hz, konnte eine Reduzierung der Wirkleistung um 45% gegen\u00fcber den Messungen bei fN=50Hz realisiert werden. Dies entspricht zwar nicht ganz dem Ziel von 50%, betrachtet man jedoch die gemessene Wirk-leistung des Wechselstrommotors bei der Nennspannung UN=230V als Grundlage, so sinkt der Wirkleis-tungsanteil sogar um 67%. Obwohl die gemessenen Schalldruckpegel bei Nennspannung und Nennfrequenz beim Einsatz der Drehstrom-Asynchronmaschine mit Frequenzumrichter durchschnittlich 3,3dB h\u00f6her lagen als beim Einsatz des Wechselstrommotors, waren im sie optimalen Punkt bei f=30Hz durchschnittlich 2,2dB niedriger als die Minimalwerte und sogar durchschnittlich 4,5dB niedriger als die Messwerte im angegebenen optimalen Bereich von U=160V\u0085180V beim Einsatz des Wechselstrommotors.
\nWesentlich ung\u00fcnstiger waren die Oberschwingungen im Motorstrom bei der \u00dcbermodulation im Frequenzbereich von ca. 42,5Hz bis 50Hz. Dieses Problem l\u00e4sst sich jedoch durch die zus\u00e4tzliche Verwendung einer PFC-Schaltung (power-factor-correction-Schaltung) wirkungsvoll reduzieren.
\nProbleme bereitet der Schweranlauf der Pumpe bei geringen Temperaturen und der damit verbundene starke Anstieg des Stromes. Durch das Anlaufsverfahren mit niedriger Frequenz und niedriger Spannung kann der Anlassstrom wesentlich verringert werden. F\u00fcr den extremen Fall, dass \u00fcber l\u00e4ngeren Zeitraum ein gro\u00dfer Drehmomentbedarf besteht, kann es sein, dass die Str\u00f6me an die vorgegebenen Grenzen des SPM sto\u00dfen. Durch eine entsprechende Dimensionierung des SPM, d. h. durch \u00dcberdimensionierung bez\u00fcglich des Nennarbeitspunktes k\u00f6nnte dieses Problem umgangen werden. Dabei ist festzustellen, dass die Preisunterschiede zwischen dem verwendeten SPM und dem n\u00e4chst gr\u00f6\u00dferen Modell relativ gering sind.
\nAuf Grund der st\u00f6renden Nebenger\u00e4usche unterhalb der Frequenz von 30Hz wird der optimale Arbeitspunkt bei f=30Hz f\u00fcr die untersuchte Anwendung vorgeschlagen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse m\u00fcnden in die Produktion eines durch Frequenzumrichter gesteuerten Vakuumpumpenantriebes.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Versuche haben gezeigt, dass vor allem eine sehr deutliche Verminderung der Ger\u00e4uschemission durch den Einsatz eines Frequenzumrichters mit der untersuchten Motor-Vakuumpumpen-Kombination m\u00f6glich ist. Weiterhin ist es gelungen, den Energiebedarf im Leerlauf zu reduzieren.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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