Globales Visum für Eusas-Motoren

Einmal spezifizieren, global einsetzen: EUSAS-Motoren lassen sich weltweit als Standard-Antrieb betreiben. WEG

Eusas steht für (Europa-USA-Asien) und signalisiert die weltweite Einsatzfähigkeit der Motoren – eine Anforderung, die mit der Globalisierung immer wichtiger wird. Das Problem: Bislang sind Asynchronmotoren aufgrund ihrer Wicklungsausführung in puncto Spannungsumschaltbarkeit begrenzt. Für jedes von der IEC 60038 abweichende Spannungsniveau muss der Motor separat gefertigt werden, was gerade bei geringen Stückzahlen erhebliche Mehrkosten und längere Lieferzeiten verursacht. Die spezielle Wicklung der Motoren setzt dem ein Ende.

Flexibilität durch aufgetrennte Wicklungen

Eusas-Motoren haben statt eines drei- oder sechs-bolzigen Klemmbretts ein neun-bolziges, auf das die zwölf Anschlussleitungen der Drehstromwicklungen herausgeführt sind. WEG

Grundlage für die Flexibilität bildet eine spezielle Weitbereichswicklung, bei der die Wicklung der drei Motorphasen auf zwei Teilwicklungen aufgeteilt ist. Da sämtliche Wicklungsenden (12 Litzen) in den Motor-Klemmkasten herausgeführt sind, lassen sich die Wicklungen auf dem neunpoligen Klemmbrett flexibel verschalten und somit unterschiedliche Spannungsbereiche realisieren: Stern, Doppel-Stern, Dreieck, Doppel-Dreieck decken Netzspannungen von 110 bis 420 V 50 Hz beziehungsweise 110 bis 480 V 60 Hz bis Baugröße IEC 100 ab. Ab Motorbaugröße 112 ist der Einsatz im Spannungsbereich 190 bis 690 V 50 Hz/60 Hz möglich. Spezielle Motor­ausführungen mit Sonderwicklungen entfallen somit.

Die Umschaltbarkeit ist sowohl für Anwendungen im Netzbetrieb von Vorteil als auch bei einer Ansteuerung mittels Frequenzumrichter. Bei starrer Spannungsversorgung in 50- oder 60-Hz-Netzen kann die Verschaltung der jeweiligen Situation am Aufstellort einfach durch Ändern der Brücken angepasst werden, beispielsweise an ein Dreiphasennetz mit 220 V/60 Hz wie es in Brasilien, Kolumbien und Ecuador vorkommt. Dank der 87/100/120-Hz-Spannungs-/Frequenz-Kennlinien funktionieren die Motoren auch ohne Sonderwicklung porblemlos mit Frequenzumrichtern. Dabei bietet die Wicklungsverschaltung zusätzliche Möglichkeiten.

Über die vier Schaltungsoptionen – Dreieck, Stern, Doppeldreieck und Doppelstern – lässt sich der Motor an fast alle Netzspannungen und -frequenzen anpassen. WEG

Geteilte Wicklung, doppelte Leistung

Grundsätzlich hat eine Maschinenwicklung die Aufgabe den Strom zu führen und zugleich den Maschinenfluss zu erzeugen, wobei das Produkt aus Strom und Fluss ein Maß für dessen Drehmoment ist. Letzteres bestimmt im Wesentlichen die Baugröße eines Motors. Eine Erhöhung der Drehzahl über die Bemessungsdrehzahl bei konstantem Maschinenfluss (notwendig für einen drehmomentkonstanten Betrieb) ist ohne Wicklungsumschaltung nicht möglich. Der Grund: Die zur Aufrechterhaltung des konstanten Flusses notwendige Spannung kann der Umrichter nicht über die Netzspannung hinaus erhöhen. Durch die Wicklungsumschaltung (Parallelschaltung der Teilwicklungen) lässt sich die  Bemessung des Motors generell halbieren, zum Beispiel von 400 auf 200 V.

Die Eusas-Motoren mit geteilter Wicklung können flexibel mittels Kontaktbrücken verschaltet werden. WEG

Somit besteht wieder die Möglichkeit, die Spannung über den Umrichter bis zur Netzspannung zu erhöhen, um bei einer Drehzahlerhöhung den Fluss und damit das Drehmoment konstant zu halten.

Beim Wechsel auf eine Parallelschaltung (Doppeldreieck oder Doppelstern) verdoppelt sich zwar der aufgenommene Motorstrom, muss im Bemessungsbetrieb (50 Hz) aber nur mit halber Spannung versorgt werden. Somit bleibt die aufgenommene Eingangsleistung konstant und der Motor wird nicht überlastet – trotz doppelter Stromaufnahme. Denn Strom teilt sich entsprechend der Knotenregel auf die beiden, parallelgeschalteten Teilwicklungen auf.

Im 400-V-Netz und einer Verschaltung der Wicklungen als Doppeldreieck (DD) benötigt der Motor für die Bemessungsleistung nur noch 200 V/50 Hz. Somit kann der Frequenzumrichter bei U/f-­Regelung die Spannung und die Frequenz im selben Verhältnis verdoppeln auf bis zu 400 V/100 Hz – bei konstantem Drehmoment. Dadurch verdoppeln sich auch die elektrisch aufgenommene Eingangsleistung sowie die Motordrehzahl. Dies ergibt eine doppelte mechanische Ausgangsleistung.

Prinzipiell ist es ebenso möglich, die Leistung auch über das Drehmoment zu verdoppeln – allerdings nur über einen entsprechend höheren Motorstrom, was den Motor wiederum thermisch stark belasten würde und auf lange Sicht die Motorwicklung zerstört. Außerdem arbeiten Motoren in diesem Fall in einem Arbeitspunkt mit deutlich geringerem Wirkungsgrad, der hohe Verluste zur Folge hätte.

Höhere Drehzahlen ohne Feldschwächung

Aufgrund der speziellen Wicklung kann ein Antrieb mit Eusas-Motor mit höheren Drehzahlen arbeiten und realisiert bei gleich bleibendem magnetischen Fluss (konstantes Drehmoment) höhere Abgabeleistungen, ohne die Maschine zu überlasten. Hierfür müssen lediglich die Wicklungen am Klemmbrett anders verschaltet und die Regler-Parameter am Umrichter angepasst werden.

Durch die Parallelschaltung der Wicklungen liefert der Eusas-Motor bei Umrichterspeisung auch oberhalb der Bemessungsdrehzahl ein konstantes Drehmoment. WEG

Durch Umschalten des Motors auf zum Beispiel 346 V/50 Hz (Verschaltung als: YY) und Programmierung des Frequenzumrichters auf 400 V/58 Hz steht dem Motor in diesem Arbeitspunkt ein um 16 % höheres Drehmoment im Vergleich zum Feldschwäch-Bereich zur Verfügung. In einem 460-V-Versorgungsnetz (USA, Kanada) kann der Motor mit 120 Hz betrieben werden, ohne in den Feldschwäch-Bereich zu geraten. Bei Frequenzen unter 30 Hz werden jedoch zusätzliche Fremdlüfter empfohlen, um den Motor thermisch nicht zu überlasten.

Kleine Kraftprotze: Leistungsdichte erhöht

Obwohl grundsätzlich jeder Asynchronmotor im Verbund mit einem Frequenzumrichter einen drehzahlvariablen Antrieb bildet, schöpfen Eusas-Motoren die Möglichkeiten elektronisch geregelter Antriebstechnik besser aus. In Bezug auf Wirkungsgrad, Leistungsgewicht, Dynamik und Belastbarkeit gibt diese Kombination dem Konstrukteur zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten. Die Eigenschaft, im Umrichterbetrieb mit doppelter Nennleistung arbeiten zu können, schafft bei engen Einbausituationen mehr Spielraum und erschließt Anwendungen, die einen großen Regelbereich (Drehzahlbereich) mit konstantem Drehmoment bis 100 Hz benötigen. Der Einsatz von kleinerer Motoren, selbst bei anspruchsvollen Leistungsanforderungen, bedeutet sowohl Gewichts- als auch Kosteneinsparungen. Ein Motor der Baugröße 180 mit 22 kW/50 Hz liefert beispielsweise bei 100 Hz eine Leistung von 44 kW.

Die Eusas-Motoren basieren auf dem modularen MAS-Baukasten der Firma Watt Drive. Zu den verfügbaren mechanischen Motoranbauten zählen Federkraftbremsen, Gebersysteme, Fremdlüftung, Rücklaufsperren und eine spezielle Anschlusstechnik (Multi-Plug, Multi-Pin). Standardmäßig sind die Motoren ausgelegt für Schutzart IP55, Eigenbelüftung nach IEC 60034-6, Kühlart IC 411 und Wärmeklasse F. Jedoch werden die Motoren bei den Bemessungswerten und Standard-Umgebungstemperaturen nur nach Wärmeklasse B belastet. Dadurch ergeben sich Sicherheits-Zuschläge bei Überlast oder eine längere Lebensdauer. Bei Ausnutzung nach Wärmeklasse F eignen sich die Motoren für Umgebungstemperaturen von -30 bis 60 °C. Des Weiteren verfügt der Eusas-Motor im Standard über eine Temperaturüberwachung per PTC und Bimetallschalter. Auch eine tropentaugliche Isolierung ist verfügbar. Entscheidend für die globale Einsetzbarkeit der Motoren sind auch deren Zertifizierungen gemäß UL, CSA und Gost/RTN. Verfügbar als Getriebeanbaumotor und Asynchronmotor in den Bauformen B3, B5 und B14 stehen zunächst Varianten in zwei-, vier- und sechspoliger Ausführung in den Baugrößen IEC 63 bis 160 für Leistungsbereiche von 0,12 bis 18,5 kW zur Verfügung. Die Baugrößen 180 bis 315 folgen.

(sk)