Date: March 16, 2006 at 12:58:45
From: baffe, [p54937d68.dip.t-dialin.net]
Subject: Was mir so durchs Hirn rennt...

>Geplant ist ein E-Antrieb für eine Kolbenpumpe. Hässliche Last für einen Kurzschlussläufer! >Der Antrieb soll per Frequenzumrichter in der Drehzahl verstellbar sein, wobei die Pumpe mit ihrem konstanten Moment den Motor in niedrigen Drehzahlen stärker belastet, als eine Maschine, die in ihrem Moment abnimmt mit der Drehzahl. Muß das sein? Geht es nicht auch stufig und mit kurzzeitigem Stillstand dazwischen? Ist das nicht auf der mechanischen Seite lösbar? Unten mehr dazu... >Das Problem ist die niedrigste Drehzahl, die ein solcher Antrieb noch schafft, ohne sich unzulässig zu erwärmen. Ich habe also ein konstantes Moment von 162 Nm, der Motor hat einen vierpoligen Läufer und ich möchte gerne die Drehzahl bis auf 15% der Nenndrehzahl herunterbringen. >Bei Nenndrehzahl ergibt sich rechnerisch eine Leistungsaufnahme von 24,6 kW. Der Motor wurde mit 45 kW bereits ziemlich überdimensioniert, dürfte also nach unten hin einige Luft haben. Aber auch dieser Motor bekommt irgendwann thermische Probleme, wenn das Lüfterrad nicht mehr schnell genug dreht. Und um diese Grenze geht es. Niemand kann mir sagen, wo da Schluß ist. Kann Dir auch keiner! Hängt sehr stark von der Umgebungstemperatur ab. Generell würde ich den Motor mit Kaltleiterschutz versehen. Das sind direkt in den Wickelköpfen der Ankerspulen eingewickelte Sensoren die dort die Temperatur überwachen und ggfs abschalten. Oder die vereinfachte Version mit Klixon Temperaturschaltern die mir eingewickelt werden. Natürlich wird ein solcher Motor auch über Selbstkühlung gekühlt. Das ist das was OHNE Lüfter nur über Strahlung und Luftbewegung von außen an Wärme abgeführt wird. Das ist bei einem Drehströmer für 1450/min wahrscheinlich erschreckend gering. Geraten einige wenige Prozent. Für EX-Motore bin ich da aber blank, da steht mir keinerlei Erfahrung im Weg wie rhanie immer sagt. Der Anteil steigt natürlich mit der zulässigen Betriebstemperatur des Isolierstoffs an. Die Isolierstoffklasse eines Motors gibt (vereinfacht) an wie heiß der heißeste Teil der Wicklung keinstenfalls werden darf. Y=90°, A=105, E=120, B=130, F=155, H=180, c>180. Und ein Motor der Isoklasse H (ob es so was gibt von der Stange?) kann natürlich deutlich mehr an Energie über Strahlung loswerden als einer mit Y. Nun mach ich mir mal selbst ein Faß auf. Kniefieseln tu ich nicht! Da gehe ich mal von einer Nenndrehzahl von 1450/min aus. Daraus ertippe ich mir bei Nenndrehzahl mit dem 45kW Motor ein Moment von 297Nm. Der Leistungsbedarf bei Enddrehzahl ist laut meinem Taschenrechner so wie Du mit 24,6kW ermittelt hast. Untere Betriebsdrehzahl ist 218/min. Dabei sind dann noch 3,7kW zu leisten. Das wiederum ist dem Motor weitestgehend wurscht. Belastet wird er hier alleine vom Moment und das sind 54% und damit doch recht hoch bezogen auf die 15%. Jetzt zum Betrieb: Muß der Motor durchlaufen oder darf der auch mal kurz (0,1s) stillstehen zwischendrin? Kann er 0,1s aufgrund der Schwungmassen überbrücken? Wenn das so ist, dann würde ich einen Dahlandermotor verwenden. Dieser Motor ist ein normaler Drehstrommotor, bei dem nur drei zusätzliche Spulenanschlüsse auf das Klemmbrett geführt sind die sowieso schon da sind! Drehzahlen für Deine Drehzahl und Baugröße geraten 1455/727 1/min. Der Dahlander hat je nach Auslegung entweder gleiches Moment (üblich) oder gleiche Leistung (selten aber doppeltes Moment bei niedriger Drehzahl!) für beide Drehzahlen. Er ist vergleichsweise billig und kostet nur unwesentlich mehr als ein normaler Drehströmer. Die Lastverkabelung werden mehr Drähte, der Schaltgeräteaufwand für die Umschaltung nach dem Umrichter ist zusätzlich nötig. Aber aus Deinen 15% der Enddrehzahl werden nun 30% und da sieht die Welt schon vieeeel besser aus. Generell kann man einen Dahlander jedoch nicht UNTER DREHMOMENT in der Drehzahl umschalten! Der ist beim Umschalten kurz aus. In der Umschaltpause die geraten kleiner als 0,1s ist kann der natürlich austrudeln oder auch nicht. Allerdings ist das Einschalten eines hoch drehenden Motors mit niedriger Drehzahl schon mit einem dicken Stromspike verbunden. Die Umrichterleute wollen so was natürlich nicht am Umrichter haben. Die Umschaltung von der hohen Drehzahl auf die Niedrige ist denen aus verständlichen Gründen suspekt. Da klatschen dann schon mal Amperemeterzeiger an den Anschlag! Der beste Umrichter ist immer einer den man nicht braucht! Wenn man den natürlich zum Drehzahlwechsel austrudeln lassen und dann mit anderem Drehzahlbereich hochfahren kann… Es gibt auch noch Motoren mit getrennten Wicklungen für zwei (oder auch drei) Geschwindigkeiten. Da wird es dann wiederum fraglich ob man überhaupt noch einen Umrichter braucht weil man damit nimmer auf Drehzahlverhältnis 2:1 festgelegt ist. Generell ist es bei Kolbenkompressoren oft einfacher da auf der mechanischen Seite etwas zu tun. Aus einer Wahnsinnslösung für 4 Kompressoren mit jeweils 185kW und je einem Frequenzumrichter wurde so schon mal eine Dahlanderlösung ohne Umrichter und mit irgendwelchen elektrisch gesteuerten Ventilen zur Zylinderabschaltung. Das Gerümpel läuft in meinem Dunstkreis seit Anfang der Neunziger ohne jemals eine Störung gehabt zu haben. Und die Geschichte muß einen Regelbereich von ca 100:1 an Verdichterleistung abdecken können. Dann allerdings auch durch Taktung nur eines Kompressors mit viertel Zylinderzahl und bei niedriger Drehzahl. Im Vergleich zu den Umrichtern hatte die Lösung natürlich den Nachteil, dass sie außerordentlich billig (<<10%) wenn auch altbacken war. ! da baffe