Servo- und Frequenzumrichter: Vorteile eines aktiven Energiemanagements

Die Produktfamilie Pxt, deren Namen auch „P mal t“ (gleich Energie) ausgesprochen werden darf, erreicht deutlich höhere Funktionalität gegenüber den Vorgängergeräten der DEx-Serie. Das betrifft Leistung, Kommunikationsmöglichkeiten und Bedienerfreundlichkeit.

Als aktives Verbindungsteil zwischen Antrieb und Speicher schaufelt das aktive Energiemanagementgerät Pxt FX die elektrische Energie bedarfsgerecht in die jeweilige Richtung und sorgt so stets für den passenden Energiehaushalt in allen Arbeitspunkten des Antriebssystems.

Die Anwendungsfälle sind vielfältig, bringen die Geräte der Pxt-Familie doch direkt messbaren Nutzen; über ein singuläres Feature oder durch die Kombination mehrerer Eigenschaften. Als erstes kommt die Rekuperation der Bremsenergie der Maschine in den Sinn, wodurch die Energieeffizienz der Maschine steigt. Die aktiven Energiemanagementgeräte wirken dabei wie eine riesige, direkte Erweiterung der internen Speicherkapazität des Antriebs – ohne jegliche zeitliche Verzögerung im Betrieb. Oft spielen jedoch andere Nutzen eine größere Rolle als die Steigerung der Energieeffizienz. Das kann der Ausgleich von so genannten Brownouts sein, also heftige Spannungsschwankungen im Stromnetz, oder der sichere und definierte Stillstand bei Blackouts (Netzausfällen). Die Reduktion von Netzlastspitzen oder gar der Betrieb des elektrischen Antriebs unabhängig vom Stromnetz sind weitere, immer stärker nachgefragte Applikationen. Für viele im Vordergrund steht aber die Steigerung der direkten Produktivität an erster Stelle: Mit dem ‚Tuning‘ des Frequenzumrichters oder Servoreglers per Energiemanagement sind Produktionsprozesse mit Ausbringungssteigerungen bis zu 50 % möglich – was direkt den Gewinn des Unternehmens erhöht.

Produktivität bei häufigen und kurzen Zyklen steigern

Modularer Aufbau: Bis zu zwei Kondensatormodule EX können entweder an das Basisgerät pxt FX hinten angedockt werden oder unbegrenzt viele seitlich über Kabelsätze. Michael Koch GmbH

Die Geräteserie setzt sich zusammen aus zwei aktiven Geräten (Pxt FX und Pxt RX) sowie einer modularen Speichereinheit (Pxt EX). Der Pxt FX hat eine Stromlastfähigkeit von 20 A (Dauer) und 40 A Spitze für rund eine Minute gegenüber Speicher, der eine maximale Spannung von 450 V DC haben kann. Somit liefert der Pxt FX in der Spitze 18 kW Leistung. Da für kurze und häufig anstehende Belastungszyklen konzipiert, nutzt der Energiemanager Elektrolytkondensatoren als Speichermedium. Diese sind speziell für den Einsatzfall ‚aktives Energiemanagement von Antrieben‘ entwickelt und werden applikationsbezogen über die Lebensdauer auch mit über 100 Millionen Zyklen fertig. Ab Werk ist der Pxt FX als Standalonegerät ohne Speicher oder auch in modularer Bauweise mit einem Speichervolumen von 2 oder 4 kWs verfügbar. Die serienmäßige automatische Erkennung der Einschalt-Spannungsschwelle des Brems-Transistors der elektrischen Antriebe ermöglicht es dem Gerät, mit allen handelsüblichen Frequenz­umrichtern und Servoreglern per Plug&Play zusammen zu arbeiten.

Der Unterschied zwischen dem aktiven Energiemanager RX und FX steckt im Detail: Pxt RX (im Bild) ist auch für Batterien und Kondensatorbänke geeignet und liefert 60 A Spitzenstrom; der FX ‚nur‘ 40 A. Michael Koch GmbH

In der kleinsten Ausbaustufe lassen sich bei einem Maschinentakt von 1 Sekunde bis zu 1,2 kWh pro Betriebsstunde einsparen. Bezogen auf die Applikation an sich, sind mit dem aktiven Energiemanagementsystem Einsparungen bis gut 40 % erreichbar. Die modulare Erweiterung des Speichervolumens in Schritten von 2 kWs ist mechanisch so konzipiert, dass das System auch bei beengten Einbauverhältnissen noch passt: Bei Bedarf lassen sich die passiven Speichererweiterungen (Pxt EX) seitlich platzieren und per verpolungssicherem Stecker verkabeln. Die Menge an Zusatzspeichern unterliegt dann keiner Begrenzung. Jede Speichereinheit ist intern abgesichert und zeigt ihren Ladezustand über LED an. In den Speichermodulen serienmäßig integriert ist auch ein sicherer Entladewiderstand, der dabei unterstützt, das Gesamtsystem bedarfsweise, beispielsweise bei Kontrollen oder Umbauten, schnell auf ein für Menschen ungefährliches Spannungsniveau zu bringen.

Wenn höhere Lasten zu beherrschen sind

Während das Gerät Pxt FX für Maschinenzyklen von Millisekunden bis wenigen Sekunden konzipiert ist, zielt sein größerer Bruder Pxt RX auf Applikationen in Verbindung mit Speichern höherer Energiedichte. Er kann daher nicht nur mit Elektrolytkondensatoren als Speichermedium kombiniert werden, sondern auch mit Doppelschichtkondensatoren und Batterien. Dementsprechend kann die RX-Variante des Energiemanagers 30 A Dauerstrom beziehungsweise 60 A Spitze für rund eine Minute liefern. In Verbindung mit dem Feature, Energiespeicher mit bis zu 800 V DC anschließen zu können, stellt das Gerät in der Spitze knapp 50 kW bereit.

Beim Anfahren und Bremsen benötigen/erzeugen Umrichter kurzzeitig zusätzliche Leistung, die der aktive Energiemanager bereitstellt oder aufnimmt (Bremsen). Michael Koch GmbH

Reicht selbst diese Leistung für eine Applikation nicht aus, können mehrere Pxt RX-Geräte, wie übrigens auch die Pxt FX-Geräte, parallelgeschaltet werden. Die Anzahl der aktiven Geräte ist wie die Anzahl Speichermodule nicht begrenzt. Applikationsbezogen können so aktive Energiemanagementsysteme entstehen, die Schaltschränke füllen. Unter der Typenbezeichnung KTS bietet Koch anschlussfertige Komplettsysteme in Schaltschränken an. Enthalten sind aktive Energiemanagementsysteme der Pxt-Familie, applikationsspezifisch ausgewählte Speicher, die passenden Sicherungen, Verkabelung und abhängig von den eingesetzten Speichern passive oder auch aktive Entladegeräte. Eine Eigenschaft hilft dem Pxt RX in solchen Schaltschranklösungen besonders: Er arbeitet auch bei Leistungslängen zum Zwischenkreis von bis zu 20 Metern problemlos.

Sicherheit ist oberstes Prinzip

Die weitreichenden Sicherheitseigenschaften der aktiven Geräte der Pxt-Familie schützen gegen Verpolung der Zwischenkreisanschlüsse, gegen das Zuschalten geladener Speicher und die Überlastung des Systems auf der Speicher- wie auch auf der Zwischenkreisseite. Interne Sicherungen sind Standard. Neu sind bei den Pxt-Geräten vielfältige weitere Möglichkeiten, die eine einfache und bequeme Bedienung sowie die Integration in Antriebssysteme ermöglichen. Eine Micro-SD-Speicherkarte bringt Zukunftssicherheit, weil sie unter anderem einfache Firmwareupdates zulässt; Anschlüsse für eine externe 24-V-Versorgung ermöglichen die Parametrisierung ohne Zwischenkreisanschluss. Zustandsanzeigen per LEDs, Bootloading- und Resetmöglichkeiten helfen dem Nutzer vor Ort. Sechs digitale I/Os bringen die aktiven Pxt-Geräte standardmäßig mit. Ergänzt wird dies durch Ausgabefunktionalitäten über ein USB-Modul.

Digitales Typenschild erleichtert die Arbeit

Über den QR-Code stehen alle Geräte-spezifischen Details zur Verfügung. Michael Koch GmbH

Allen Geräten gemein ist das so genannte digitale Typenschild. Beim Scannen des QR-Codes eines Geräts mittels einer App für Android- oder iOS-Smartphones beziehungsweise Tablets werden neben den technischen Daten des Geräts und seines konkreten Aufbaus auch Prüf- und Testprotokolle sowie die zugehörigen Dokumente wie die Montage- und Betriebsanleitung angezeigt. So können alle Nutzer des Geräts orts- und papierunabhängig auf die individuellen Dokumente und Informationen zugreifen. Darüber hinaus sind Verwaltungsmöglichkeiten gegeben, mit denen beispielsweise ein Maschinenbauer Geräte mit ihren jeweiligen Eigenschaften einer Maschine oder Anlage zuordnen kann.

Applikationsengineering, Auslegungstools, Unterstützung bei Auswahl und Tests – dafür steht Koch im Tagesgeschäft. Die Geräte der Pxt-Familie sind mit sehr kurzen Lieferzeiten verfügbar, fertig parametrisiert ab Werk, bereit für den Betrieb direkt nach Anschluss an den Gleichstromzwischenkreis eines einzelnen Antriebs oder Mehrachssystems, einem Zwischenkreisverbund oder gar nach Einbindung in ein Gleichstromnetz. Insgesamt also eine neue Gerätefamilie, die einen positiven Beitrag für einen stabilen Energiehaushalt einer Maschine oder Anlage liefert, also Energie spart und die Produktivität steigert.

(sk)