Elektromotor oder Antriebssystem? Quo vadis …files.messe.de/abstracts/58242_0904_1130_Sander_VEM.pdf · geeignet für die in IEC 60034-1 definierten Umgebungsbedingungen von -15
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Grundlage Richtlinie 2009/125/EG „zur Schaffung eines Rahmens für die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte “
Was beinhaltet diese Richtlinie im Einzelnen?
Die Ausdehnung des Geltungsbereiches auf energie-verbrauchsrelevante Produkte (Energy-related Products) ist beschlossene Sache. Mit dem Inkrafttreten der Richtlinie 2009/125/EG zur Schaffung eines Rahmens für die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte zum 20. November 2009 kommen nun weitere Betrachtungen zur umweltgerechten Produktgestaltung zur Anwendung. Sie löste mit diesem Datum die Richtlinie 2005/32/E G für die umweltgerechte Gestaltung energiebetriebener Produk te ab.
Durchführungsverordnungen Motoren VO (EG) 640/2009VO (EG) 4/2014
Verordnung (EG) Nr. 640/2009 vom 22.Juli 2009 zur Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG
IE2 seit 16. 06. 2011
� Stufe 1:Mindestwirkungsgrad (MEPS) IE2 seit 16. 06. 2011Verschärfung der Umgebungsbedingungen mit VO(EG) 4/2014 ab 27.07.2014
IE3 7,5…375 kW ab 01.01.2015
� Stufe 2:Verschärfung auf IE3 [Premiummotoren] erfolgt zum 01.01.2015 für Motoren im Leistungsbereich 7,5 kW bis 375 kW Optionale Möglichkeit: IE2 + Umrichter
IE3 0,75…375 kW ab 01.01.2017
� Stufe 3:zum 01.01.2017 Erweiterung des Leistungsbereiches für IE3-Motore nach unten bis 0,75 kWOptionale Möglichkeit: IE2 + Umrichter.
Termine zur Einführung von Mindestwirkungsgraden bis 2017
Neue Motorenverordnung (EG) Nr. 4/2014 (Verschärfung der Inhalte der Verordnung (EG) 640/2 009)
Die VO (EG) Nr. 640/2009 hat mit der neuen VO (EG) Nr. 4/2014 die erwarteten inhaltlichen Änderungen erfahren.Die Änderungen sind ab dem 27. Juli 2014 verbindli ch anzuwenden.
Nach der neuen Verordnung verschärfen sich Ausnahmen für ihre Anwendung für die Aufstellungshöhe von mehr als 1.000 m auf 4.000 m, bei Umgebungstemperatur von über +40°C auf +60°C und von unter -15°C auf -30°C für beliebige Motoren (unter 0°C bei wassergekühlten Motoren verändert sich nicht). Bei Kühlflüssigkeiten am Einlass eines Produktes von unter 5°C auf unter 0°C und von über 25°C auf über 32°C.
Neue Motorenverordnung (EG) Nr. 4/2014 (Verschärfung der Inhalte der Verordnung (EG) 640/2 009)
Formell handelt es sich um eine neue Verordnung (EG) Nr. 4/2014, die die bisherige Verordnung (EG) Nr. 640/2009 zur Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG des Europäischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von Elektromotoren ändert.
Die VO (EG) 4/2014 wurde am 06. Januar im Europäischen Amtsblatt veröffentlicht und tritt am zwanzigsten Tag nach ihrer Veröffentlichung in Kraft. Der Geltungsbeginn liegt gemäß §2 der Verordnung sechs Monate nach dem Tag des Inkrafttretens, also am 27.Juli 2014.
Zulässige optionale Ausführung IE2+Frequenzumrichter statt IE3 ab 2015
Für die nach VO (EG) 640/2009 zulässige optionale Ausführung IE2+Frequenzumrichter statt IE3 ab 01.01.2015
Neben den vom CEMEP und ZVEI diskutierten Aufklebern wird VEMimmer eine Kennzeichnung auf dem Motortypenschild mit Angabe des Drehzahlstellbereich, der Drehmomentcharakteristik und der Maximaldrehzahl vornehmen.Weitere Hinweise werden in die Betriebsanleitung aufgenommen.
Variante 1: Reluktanzmotoren(Favorisiert von Pumpenherstellern,ist im Spezialmotorenprogramm VEM enthalten, wird von uns nicht als echte Alternative gesehen)
Variante 2: Permanenterregte SynchronmotorenVEM-Baureihe verfügbar, aber eingeschränkte einsatzfelder
Variante 3: AsynchronmotorenWird von VEM als Zukunftsvariante betrachtet. Universell im Einsatz, aber technisch anspruchsvoll.
3. Energieeffizienz von AntriebssystemenCENELEC-Schriftstück, Projekt-Nr.: 24602, prEN 50598 -1:2013-09
Zum Ökodesign für Antriebssysteme, Motorstarter, Leistungselektronik und deren angetriebenen Einrichtungen gibt es einen neuen dreiteiligen Normenentwurf.
Teil 1: Allgemeine Anforderungen für die Erstellung von Normen zur Energieeffizienz von Ausrüstungen mit Elektroantrieb nach dem erweiterten Produktansatz (EPA) und semi-analytischen Modellen (SAM)
Teil 2: Indikatoren für die Energieeffizienz von Antriebssystemen und Motorstartern
Teil 3: Quantitativer Ökodesign-Ansatz mittels Ökobilanzierung einschließlich Produktkategorieregeln und dem Inhalt von Umweltdeklarationen
�Bemessungsleistungen bisher 0,75 kW und 375 kW,neu 0,12 kW bis 1.000 kW
� Polzahlen 2, 4 oder 6, neu 8-polig� Bemessen für Dauerbetrieb (S1) oder nahezu Dauerbetrieb (S3 mit
Einschaltdauern von 80% oder mehr (siehe auch Anmerkung 1),
� geeignet für die in IEC 60034-1 definierten Umgebungsbedingungen von -15°C bis +40°C, Aufstellungshöhe bis 1.000 mneu -20°C bis +60 °C, Aufstellungshöhe bis 4.000 m
� Kühlarten IC 411, IC 410, IC 416, IC 31W unverändert
ANMERKUNG 1Die meisten Motoren, die unter diese Norm fallen, sind für Dauerbetrieb (S1) ausgelegt. Es gibt jedoch Motoren, die zwar für andere Betriebsarten ausgelegt sind, aber dennoch bei Bemessungsausgangsleistung im Dauerbetrieb betrieben werden können. Diese fallen ebenfalls unter diese Norm.
Die neue Wirkungsgradnorm IEC 60034-30-1veröffentlicht 03/2014
Das Ziel ist es, die Verluste bei IE5 um ungefähr 2 0% gegenüber IE4 zu verringern. Die Motorentechnologie, um IE5 umzusetzen, ist derzeit noch nicht sehr weit fortgeschritten und nicht im Handel erhältlich.
Weitere Wirkungsgradoptimierungen müssen sich auf die Verbesserung des Wirkungsgrads eines ganzen Systems im gesamten Betriebsablauf richten, einschließlich aller Einzelverluste des Systems (Umrichter, Filter, Kabel, Motor, usw.) – siehe auch EN 52800.
Es ist geplant , die Grenzwerte für die Wirkungsgradklasse IE5 in die nächste Ausgabe dieser Norm und/oder in Teil 2 dieser Normenreihe einzubringen.
Teil 1: Allgemeine Anforderungen für die Erstellung von Normen zur Energieeffizienz von Ausrüstungen mit Elektroantrieb nach dem erweiterten Produktansatz (EPA) und semi-analytischen Modellen (SAM)
Teil 2: Indikatoren für die Energieeffizienz von Antriebssystemen und Motorstartern
Teil 3: Quantitativer Ökodesign-Ansatz mittels Ökobilanzierung einschließlich Produktkategorieregeln und dem Inhalt von Umweltdeklarationen
3. Energieeffizienz von AntriebssystemenCENELEC-Schriftstück, Projekt-Nr.: 24602, prEN 50598 -1:2013-09
Eco-design of Electric motorsPreparatory study for implementing measures of the Ecodesign Directive – Lot 30
Anwendungsbereich
Produkte in Antriebssystemen außerhalb des Anwendungsbereichs derVerordnung 640/2009 über Elektromotoren, wie Sondermotoren fürUmrichterbetrieb (asynchrone Servomotoren), Dauermagnetmotoren, durchihre Last gekühlte Motoren (Lüfter), einschließlich Motoren und Produktegemäß Artikel 1 Ziffer 2 Buchstaben b, c und d sowie einschließlich Antriebenwie Sanftstarter, Drehmoment- oder Regelantriebe (VSD) von 200W-1.000kW.
Contractor Prof. Anibal De Almeida, Universität of Coimbra Portugal,Laufzeit betrug 2 Jahre, Abschluss 2014
Im letzten Stakeholder Meeting am 10.02.2014 wurden erste mögliche Szenarien für eine Nachfolge-Verordnung zur heutigen Motoren-Verordnung 640/2009 vorgestellt.Diese Szenarien sind zwar noch vorläufig und ohne Übergangsfristen, geben aber einen ersten Eindruck in welche Richtung es gehen könnte:
� Alle Drehstrommotoren Motoren im Leistungsbereich 0,75 -375kW sollen mindestens IE3 sein
� Die bisherigen Ausnahmen für Bremsmotoren und Ex-Motoren entfallen� Motoren im Leistungsbereich 120 - 750 W, (1- und 3-phasig) mindestens IE2 � Für Variable Speed Drives gibt es keine Regelung, weder für das Produkt (IE-
Klassen) noch für eine mögliche Anwendungen� Ob es eine Reglung für Hochspannungsmotoren geben soll ist noch offen.� Eventuell werden auch Tauchpumpenmotoren geregelt?
� Stufe 4: Erweiterung des Leistungsbereiches für IE3-Motore von 375 kW auf 1.000 kW, IE2 für alle Einpasenmotoren > 120 W,IE2 für alle Drehstrommotoren von 120 W bis 0,75 kW
IE3 0,75…375 kW ab 01.01.2018
Umrichter mind. IE1
� Stufe 5: Erweiterung der eingeschlossenen Motoren in IE3-Ausführung um Bremsmotoren und Ex-Motoren, Verbot von Umrichtern mit niedrigem Wirkungsgrad, Umrichter IE1 gem. prEN 50598
IE3 0,75…375 kW ab 01.01.2022
� Stufe 6: Entfernen der optionale Möglichkeit IE2-Motor + Umrichter.
IE4 0,75…1.000 kW ab 01.01.2022
� Stufe 7: Erhöhung des Mindestwirkungsgrades von IE3 auf IE4 für mittelgroße Maschinen
EUP Lot 30, Vorschläge Prof. Anibal De Almeida für den weiteren Zeitverlauf
EUP Lot 30Kommentierung der Vorschläge Prof. Anibal De Almeid aStufe 4: � Erweiterung des Leistungsbereiches für IE3-Motore von 375 kW auf 1.000 kW, � IE2 für alle Einpasenmotoren > 120 W,� IE2 für alle Drehstrommotoren von 120 W bis 0,75 kW
Die Erweiterung des Umfangs von IE3-Motoren von 375 W bis hin zu 1000kW und IE2-Motoren von 120 W bis 0,75 W ist eine logische Folge aus der Erweiterung des Anwendungsbereichs der IEC 60034-30-1.
Die Policy Option 1 schließt jedoch auch Einphasenmotoren mit ein. Diese Motoren werden hauptsächlich in Haushaltsgeräten (sogenannte „weiße Ware“) eingesetzt. Für diese Produkte gibt es andere Richtlinien und Gesetze. Sie sollten hier nicht mit eingeschlossen werden.
EUP Lot 30Kommentierung der Vorschläge Prof. Anibal De Almeid a
Stufe 5: � Erweiterung der eingeschlossenen Motoren in IE3-Ausführung um
Bremsmotoren und Ex-Motoren, � Verbot von Umrichtern mit niedrigem Wirkungsgrad,
Umrichter müssen IE1 gem. prEN 50598 erfüllen
Eine Erweiterung der eingeschlossenen Motoren auf Bremsmotoren ist kein technisches Problem. Bremsmotoren stehen bereits heute in IE2- und IE3-Ausführung zur Verfügung. Die wenigsten Bremsmotoren werden aber im S1-Betrieb eingesetzt.
Ein Verbot von Umrichtern mit niedrigem Wirkungsgrad ist zwar sinnvoll aber bereits von der technischen Entwicklung überholt.
EUP Lot 30Kommentierung der Vorschläge Prof. Anibal De Almeid a
Der Vorschlag (Policy Option 2), ab 1.1.2022 keine IE2-Motoren mehr mit Umrichter zuzulassen, untergräbt die Idee, dass man für weitere, nachhaltige Energieeinsparungseffekte das gesamte System betrachten muss. Das Einsparpotential bei dieser Kombination aus Umrichter und Motor liegt eben nicht darin, dass man eine Komponente (den Motor) immer weiter verbessert, sondern das komplette System optimiert. Dies geschieht, indem sowohl Motor, als auch Umrichter gemeinsam aufeinander abgestimmt werden. Einen IE2-Motor einfach nur gegen einen IE3-Motor auszutauschen, verbessert den Gesamtwirkungsgrad des Systems nicht.
Erwartetes Verhältnis von Motor/CDM in Europa*geregelter Niederspannungsantrieb: Motor und Umrichter werden zusammen durch den Endnutzer im betreffenden Jahr in Betrieb genommenQuelle: CEMEP Berechnung
Stufe 6: � Entfernen der optionale Möglichkeit IE2-Motor + Umrichter.
EUP Lot 30Kommentierung der Vorschläge Prof. Anibal De Almeid a
EUP Lot 30Kommentierung der Vorschläge Prof. Anibal De Almeid aStufe 7: � Erhöhung des Mindestwirkungsgrades von IE3 auf IE4 für mittelgroße Maschinen
Policy Option 6 ist aus unserer Sicht derzeit keine echte Option, denn die Normungsgrundlage für den Wirkungsgradlevel IE4 ist gerade erst abgeschlossen. Damit stehen jetzt erst die verbindlichen Werte für die Planung einer neuen Motorengeneration zur Verfügung. Hier muss auch berücksichtigt werden, dass eine neue IE4-Motorenreihe andere Technologien benötigt, als bisherige Motorenreihe. Das heißt, es ist ein erhöhter Bedarf an Kupfer (Kupferläufer) und möglicherweise auch an Permanentmagneten notwendig (je nach Motorgröße). IE4-Motoren werden sicher in einigen Bereichen eine Anwendung finden, aber es ist unserer Meinung nach auch aus wirtschaftlich-ökologischen Gesichtspunkten keine Lösung, eine solch materialintensive Motorenreihe als generellen Standard zu etablieren, zumal selbst Prof. de Almeida in seiner Diskussion zu den Punkten zugibt: „However, the sensitivityanalysis … should be reviewed in order to understand the cost effectiveness ofthis measure …“