Multidrive-Frequenzumrichter mit hocheffizientem Kühlsystem

Multidrive-Frequenzumrichter mit hocheffizientem Kühlsystem

ABB hat die flüssigkeitsgekühlten Niederspannungs-Frequenzumrichter der Reihe ACS880LC um Multidrive-Schrankgeräte ergänzt. Die neuen Schränke verfügen über ein hocheffizientes Kühlsystem, das dafür sorgt, dass 98 % der Gesamtverluste direkt oder indirekt an die Flüssigkeit gehen. Die Geräte bieten wesentliche Vorteile wie die Realisierung von Mehrmotorensystemen über eine zentrale Einspeisung, einen breiten industriellen Anwendungsbereich, hohe Kompaktheit, einen geräuscharmen Betrieb und Rückspeisefähigkeit sowie den Einsatz unter rauen Betriebsumgebungen, wie sie in Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungsanlagen herrschen – und das in Verbindung mit einer hohen Energieeffizienz.

Systemintegratoren, OEMs, Schaltschrankbauer, industrielle Anwender von Niederspannungs-Frequenzumrichtern sowie Betreiber von Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungsanlagen stehen in der Praxis vor unterschiedlichen Herausforderungen:

  • Die Frequenzumrichter müssen auf engstem Raum eingebaut werden oder unter rauen Umgebungsbedingungen funktionieren.
  • Sie sollten auch bedienerfreundlich sein und eine reibungslose Wartung ermöglichen, um Zeit und Kosten zu sparen.
  • Häufig wird auch gefordert, dass die Frequenzumrichter rückspeisefähig sind und einen sehr niedrigen Oberschwingungsgehalt haben.
  • Bei Anwendungen, bei denen der Geräuschpegel ein wichtiger Faktor ist, ist darüber hinaus ein leiser Betrieb ein Muss.

Die flüssigkeitsgekühlten ACS880LC Multidrives von ABB erfüllen diese Anforderungen. Mit Leistungen von 355 kW bis 6 000 kW und einer Betriebsspannung von 525 V bis 690 V ermöglichen die Geräte eine präzise Regelung nahezu aller Motortypen. Bei der Entwicklung der ACS880LC Multidrive-Schrankgeräte stand eine hohe Leistungsdichte im Vordergrund. Die äußerst kompakte Bauform der Multidrive-Module bietet besondere Vorteile an Aufstellorten mit begrenzten Platzverhältnissen, wie zum Beispiel Containern oder engen Elektroräumen. Die Multidrive-Schränke bauen auf der einheitlichen, einfachen und benutzerfreundlichen Antriebsarchitektur von ABB auf. Alle ABB-Antriebe verfügen über gemeinsame Benutzerschnittstellen, Tools und Optionen und können auf die gleiche Weise betrieben werden. Kennt sich ein Kunde bereits mit der Bedienung eines ACS880 aus, kann er dieses Wissen einfach auf die ACS880LC Multidrives übertragen.

Effiziente Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher

Die Schränke zeichnen sich durch ein hocheffizientes Kühlkonzept aus. 98 % der Gesamtverluste gehen direkt und indirekt an die Flüssigkeit. Bei den Modulen werden Halbleiter, Widerstände und Kondensatoren (75 %) direkt flüssigkeitsgekühlt, die Kühlung von Leiterplatten, Stromschienen und Drosseln (25 %) erfolgt über Wärmetauscher. Durch die Flüssigkeitskühlung können die Schrankgeräte einfacher installiert werden, da keine Klimageräte oder Luftkanäle erforderlich sind. Die Kühlluft muss nicht gefiltert werden, insofern sind im Schrank keine Öffnungen nötig, was hohe Schutzarten ermöglicht. Die Schränke werden standardmäßig in IP 42 geliefert, mit IP 54 als Option.

  • Die Wärmeverluste der Schaltschränke werden nahezu vollständig mit dem Kühlmittel abgeleitet.
  • Eine zusätzliche Klimatisierung des Antriebs über eine teure Klimaanlage ist nicht nötig, was die Amortisierungszeiten für die Geräte deutlich verkürzt.
  • Teure und aufwendige Filteranlagen, wie sie bei konventionellen, luftgekühlten Frequenzumrichtern unter rauen Betriebsbedingungen unerlässlich sind, entfallen.
  • Da aufgrund der Flüssigkeitskühlung keine schmutzbeladene Luft angesaugt werden muss, sind die Einheiten zudem deutlich weniger empfindlich als luftgekühlte Geräte.

Auch unter „normalen“ Bedingungen haben die flüssigkeitsgekühlten Frequenzumrichter Vorteile. Werden mehrere luftgekühlte Umrichter auf begrenztem Raum installiert, bedarf es oft einer Klimaanlage, die nicht nur kostenintensiv bei Montage und Unterhalt ist, sondern auch eine Kühlluftführung erfordert. Ein weiterer Nachteil einer Klimaanlage besteht darin, dass ihr Betrieb mit Lärm verbunden ist. Die ACS880LC Multidrives zeichnen sich hingegen durch einen sehr leisen Betrieb aus. Sie sind dadurch ideal für Anwendungen, die einen niedrigen Geräuschpegel erfordern, wie beispielsweise auf Schiffen. Die ACS880LC Multidrives können überall dort verwendet werden, wo mehrere Antriebe beziehungsweise Motoren Teil eines einzelnen oder integrierten mechanischen Prozesses sind. Durch den Einbau in vollständig geschlossenen Schaltschränken eignen sie sich besonders für den Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen sowie in staubhaltiger Luft. Die gemeinsame Spannungsversorgung der Module ermöglicht die Implementierung umfassender Sicherheits- und Steuerungs- bzw. Regelungsfunktionen sowie die koordinierte Regelung der einzelnen Motoren.

Zielbranchen sind:

  • die Wasser- und Abwasserbranche
  • der Schiffbau/Offshore (Schiffsantriebe, Querstrahlantriebe, Krane, Winschen)
  • die Öl- und Gasindustrie (Offshore- und Onshore-Bohrgeräte, Pumpen)
  • der Bergbau (Förderanlagen, Tunnelbohrmaschinen)
  • Anwendungen in der Papier-, Zellstoff- und Metallindustrie
  • Prüfstände in der Automobilindustrie.

Rückspeisefähigkeit und Ultra-Low-Harmonic-Ausführung

Das Multidrive-System hat eine zentrale Einspeisung, die in einen Zwischenkreis einspeist, aus dem mehrere Wechselrichtermodule die Energie abnehmen. Abhängig von der Applikation können mehrere Motoren gleichzeitig angetrieben oder aber teilweise generatorisch betrieben werden. Der Energiebedarf kann hierbei über den Zwischenkreis ausbalanciert werden, die Einspeisung liefert nur die Differenzenergie. Wird durch die Anwendung mehr Energie generatorisch erzeugt, als über die Motoren verbraucht wird, speist der ACS880 Multidrive diese Energie zurück ins Netz. Brems-Chopper und -Widerstände werden nicht benötigt. Durch den Wegfall eines Bremswiderstandes entsteht im elektrischen Betriebsraum keine zusätzliche Wärme, wodurch weniger Kühlluft benötigt wird. Konventionelle Umrichter mit Brems-Chopper sind in der Anschaffung zwar günstiger als ein rückspeisefähiges Gerät, zu Buche schlagen bei ihnen aber der notwendige Widerstand, die Verkabelung sowie ein aufwendiges Kühlsystem. Der Platzbedarf kann ein weiterer Faktor sein, da die Widerstandsgruppen und die Verkabelung bei großen Anlagen teuren Raum beanspruchen. Gegenüber konventionellen Niederspannungs-Frequenzumrichtern haben die rückspeisefähigen Module den weiteren Vorteil eines exzellenten Oberschwingungsverhaltens. Die netzseitige DTC-Regelung zur Unterdrückung der Harmonischen niedriger Ordnung und ein serienmäßiges LCL-Netzfilter zur Filterung der Harmonischen höherer Ordnung führen zu einem außergewöhnlich niedrigen Oberschwingungsgehalt des Netzstromes. Mit der Reduzierung des Oberschwingungsgehaltes auf typisch 3 % bei Nennlast erfüllen die Frequenzumrichter die Anforderungen der strengen Oberschwingungsnormen wie IEEE 519 und G5/4. Passive oder aktive externe Filtereinrichtungen zur Oberschwingungsdämpfung oder Leistungskompensation sind nicht erforderlich. Die ACS880LC Multidrives arbeiten unter allen Betriebsbedingungen mit Leistungsfaktor 1 und können sogar Blindleistung kompensieren.

Schnelle und einfache Wartung

Die Geräte sind sehr wartungsfreundlich. Für eine einfache und schnelle Wartung verfügen die Abdeckplatten am R8i-Modul über Scharniere. Das Modul lässt sich so „wie ein Buch“ über die Vorderseite öffnen. Die Seitenplatten können ebenfalls geöffnet werden. Komponenten im Inneren des Moduls, wie zum Beispiel die Leiterplatten an der Rückseite der zu öffnenden Frontplatte, können dadurch leicht erreicht beziehungsweise ausgetauscht werden, ohne das Modul aus dem Schrank ausbauen zu müssen und ohne den LC-Kreis zu entleeren. Die IGBTs können auf dieselbe Weise visuell überprüft werden. Durch Kontaktapparate an den Modulen zur Motorverkabelung kann das R8i-Modul schneller ausgetauscht werden als bei der vorherigen Produktgeneration. Das Resultat sind höhere Anlagenverfügbarkeit sowie geringe Betriebs- und Wartungskosten.

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