In den neuen dreistufigen Turbokompressoren setzt Boge Multilevel-Umrichter von Sieb & Meyer ein – konkret die Baureihe SD2M mit 150 und 75 Kilowatt. (Bild: Sieb & Meyer)
Unternehmen schätzen die hohe Zuverlässigkeit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit der vielfältigen Druckluftlösungen von Boge. Das Angebot reicht von einzelnen Kompressoren oder Druckluft-Komponenten bis zu kompletten System- und Servicelösungen. Das Sortiment der Boge-Turbokompressoren wird demnächst um ein Gerät mit 230 Kilowatt ergänzt. „Unsere Turbokompressoren sparen Ressourcen und Energie, kommen ohne einen Tropfen Öl aus und senken, den hohen Drehzahlen zum Trotz, das Geräuschniveau auf ein Minimum“, schildert Peter Boldt, Leiter Turboentwicklung bei Boge. „Die verschleißarme Turbotechnologie setzt völlig neue Maßstäbe bei Effizienz und Kosteneinsparung.“
Verdichtung in drei Stufen
In den neuen dreistufigen Turbokompressoren setzt Boge Multilevel-Umrichter von Sieb & Meyer ein – konkret die Baureihe SD2M mit 150 und 75 Kilowatt. Die Frequenzumrichter treiben in den Kompressoren ein oder zwei permanenterregte Gleichstrommotoren an. Umrichter Nummer eins ist für die Verdichterstufe eins und zwei zuständig, Umrichter Nummer zwei für die Verdichterstufe drei. „Die Motoren arbeiten jeweils mit unterschiedlichen Drehzahlen von circa 35.000 beziehungsweise 55.000 Umdrehungen“, so Peter Boldt. „Durch die Schnittstelle zur Kompressorsteuerung werden die Drehzahlen der beiden Motoren zueinander passend synchronisiert.“
Effizient und kostensparend
Aber auch sonst ist die hier eingesetzte Antriebstechnik äußerst effizient. Dank der Frequenzumrichter von Sieb & Meyer lassen sich die Turbokompressoren besonders kompakt aufbauen. Im Gegensatz zu Wettbewerbsprodukten entfallen bei Sieb & Meyer etwaige Motor-LC-Filter oder Motordrosseln, die groß und schwer, sehr teuer und verdrahtungsaufwendig sind. Der Footprint kann für das Gesamtaggregat somit verringert werden. Zudem hat Sieb & Meyer auf Wunsch von Boge eine Wasserkühlung in die Geräte integriert.
Besonders wichtig: Dank der fortschrittlichen Umrichtertechnik ließ sich der Gesamtwirkungsgrad der Turbokompressoren verbessern, was konkret in niedrigeren Energiekosten resultiert. „Wir sprechen hier von einer Einsparung von rund drei bis fünf Prozent“, bestätigt Peter Boldt. „Das klingt erst einmal nach nicht viel – aber wenn man berücksichtigt, dass der Turbokompressor bei Volllast etwa 230 Kilowatt elektrische Leistung pro Stunde aufnimmt, sparen unsere Anwender über die Zeit sehr viel Geld.
Der größte Vorteil für Boge ist jedoch, dass es sich bei den Produkten von Sieb & Meyer um Frequenzumrichter handelt, die speziell für hohe Drehzahlen entwickelt wurden. „Geräte von Wettbewerbern können einen deutlich schlechteren Wirkungsgrad aufweisen und es ist mehr Peripherie-Aufwand wie Motor-LC-Filter nötig“, betont Peter Boldt. „Bei Sieb & Meyer haben wir sehr gute Erfahrungen mit der Effizienz der Umrichter gemacht. Gerade auch bezüglich der Vermeidung von Rotorverlusten, die bei Hochgeschwindigkeits-Anwendungen sehr entscheidend sind.“
Motorverluste reduzieren
„Genau darauf sind unsere Lösungen zugeschnitten“, bestätigt Rolf Gerhardt, Leiter Vertrieb Antriebselektronik bei Sieb & Meyer. „Bei ihrem Einsatz werden die umrichterbedingten Motorverluste im Vergleich zu Wettbewerbsprodukten signifikant reduziert. Neben der geringeren Motorerwärmung führt dies zu einem höheren Systemwirkungsgrad und somit auch einem reduzierten Energieverbrauch. Das wiederum spart Kosten – ein Win-Win für den Anwender.“
Der Hintergrund: Rund 90 Prozent aller durch den Umrichter verursachten Verluste treten im Rotor auf und können für den Motor schädliche Erwärmung erzeugen. Hinzu kommt, dass das typbedingt geringe Rotorvolumen eines Hochgeschwindigkeitsmotors zusätzliche Temperaturprobleme erzeugt. Die Regelungsverfahren der SD2x-Frequenzumrichter von Sieb & Meyer führen zu einem wesentlich geringeren Anteil an harmonischen Frequenzen im Motorstrom.
Gegenüber herkömmlicher Umrichtertechnologien mit zwei Leveln, geht die Drei-Level-Technologie, auf der der Frequenzumrichter SD2M basiert, noch einen Schritt weiter: Bei dieser Technologie werden die Leistungshalbleiter der Endstufen nur mit der Hälfte der Spannung beaufschlagt, wie sie bei der Zwei-Level-Technologie vorkommen. Somit ist es möglich, mit Leistungshalbleitern zu arbeiten, die für wesentlich geringere Spannungen ausgelegt sind und damit noch schneller schalten.
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Das Resultat: In der Endstufe entstehen weniger Schaltverluste und die Schaltfrequenz lässt sich deutlich erhöhen. Gleichzeitig wird der Motor im Vergleich zur Zwei-Level-Technologie nur mit 50 Prozent der Spannungssprünge belastet. Allein durch den Einsatz der Drei-Level-Technologie lassen sich die im Rotor entstehenden Verluste um rund 75 Prozent reduzieren. Nutzt man zusätzlich eine Verdopplung der Schaltfrequenz, lassen sich die im Rotor entstehenden Verluste um bis zu 90 Prozent senken. LC-Filter können dann häufig komplett entfallen – wie auch in dieser Anwendung.
Perspektivisch wird Boge weitere Turbokompressoren in das Sortiment aufnehmen, für die Geräte der neuen SD4x Produktfamilie von Sieb & Meyer in Frage kommen. Letztere erlauben es, hochdrehende Motoren mit noch weniger Verlustleistung anzutreiben. Sie unterstützen nun auch PWM-Schaltfrequenzen von 24 und 32 Kilohertz. Für eine noch feinere Modulierung des sinusförmigen Signals ist eine Kommutierungswinkel-Steuerung nun auch für 32, 48 und 64 Kilohertz integriert. Dadurch ergibt sich ein nahezu optimaler Sinus, es treten so gut wie keine harmonischen Ströme mehr auf. Die durch die PWM verursachte Verlustleistung kann noch weiter minimiert werden.
Quelle: Boge Kompressoren Otto Boge GmbH & Co. KG
