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Frequenzumrichter Frequenzumrichter mit Multi-Level-Technologie

Redakteur: Jan Vollmuth

Das Lüneburger Unternehmen entwickelt derzeit einen Freuquenzumrichter auf Basis der Drei-Level-Technologie. Der sogenannte SD2M gewährleistet geringe Rotorverluste, sodass sich die Lagerbelastung verringern und eine übermäßige Erwärmung des Motors vermeiden lässt.

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Der neue Frequenzumrichter SD2M von Sieb & Meyer ist für motorische und generatorische Hochgeschwindigkeits-Anwendungen mit hohen Ausgangsleistungen konzipiert.
Der neue Frequenzumrichter SD2M von Sieb & Meyer ist für motorische und generatorische Hochgeschwindigkeits-Anwendungen mit hohen Ausgangsleistungen konzipiert.
(Bild: Sieb & Meyer)

Sieb & Meyer steht seit 50 Jahren für Kompetenz in Antriebselektronik und Steuerungstechnik. Zum Erfolgsrezept der Lüneburger gehört auch, kontinuierlich neue Technologien zu erforschen – so widmet man sich derzeit der Entwicklung eines innovativen Hochgeschwindigkeits-Umrichters für den Leistungsbereich > 100 kW. Das Entwicklungsprojekt wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

„Wir haben hier eine Marktlücke erkannt“, erläutert Rolf Gerhardt, Leiter Vertrieb Antriebselektronik bei SIEB & MEYER. Denn bislang waren auf dem Markt keine Umrichter für Ausgangsleistungen > 100 kW und Drehfeldfrequenzen bis 2.000 Hz erhältlich – und erst recht keine Lösungen, die auch Synchronmotoren sensorlos regeln konnten. Gerade im Zuge der Energiewende werden solche Systeme aber benötigt: Schließlich ermöglichen sie eine deutliche Effizienzsteigerung von rotierenden Energiespeichern (Flywheel) und Strömungsmaschinen wie Turboverdichtern und Kompressoren, zum Beispiel für Abwasseraufbereitungssysteme oder ORC-Anlagen zur Verstromung von Restenergie.

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Herausforderungen bei Wärmeabfuhr und Motordesign

Die technischen Rahmenbedingungen sind komplex: Hochgeschwindigkeits (HG)-Motoren generieren ihre Leistung über die Drehzahl und nicht über das Drehmoment. Überschlägig gilt: Das Rotorvolumen verändert sich analog zum Kehrwert der Drehzahlerhöhung, d.h. bei 10-fachen Drehzahlen verringert sich das Rotorvolumen auf ein Zehntel. Daraus ergibt sich ein Problem – denn das geringe Rotorvolumen und die daraus resultierende Rotoroberfläche ermöglichen nur eine eingeschränkte Wärmeabfuhr. Das wirkt sich vor allem dann negativ aus, wenn die Motoren im Vakuum oder Gasen mit geringer Wärmeleitfähigkeit betrieben werden.

Das anwendungsseitig benötigte Leistungs-/Drehzahlverhältnis erfordert aber auch eine besondere Betrachtung des Motordesigns. „Beim Rotor muss die zulässige Umfangsgeschwindigkeit beachtet werden, bei der dazugehörigen Welle die biegekritischen Frequenzen“, erklärt Rolf Gerhardt. In der Praxis bedeutet das zum Beispiel für einen Synchronmotor mit 100 kW bei 60.000 1/min, dass die benötigte Leistungsdichte nur mittels eines 4-poligen Motordesigns realisierbar ist; es wird eine Drehfeldfrequenz von 2.000 Hz anstatt von 1.000 Hz benötigt.

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