VEM

Der Umgang mit den neuen Regeln über
Wirkungsgradklassen und Mindestwirkungsgrade für
Niederspannungs-Asynchronmotoren
Dipl.-Ing. J. Sander
VEM motors GmbH
Wernigerode
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Zur Person
Jürgen Sander
Dipl.-Ingenieur
Geschäftsführer
VEM motors GmbH,
Chairman Working Group Low Voltage A.C.
Motors, CEMEP
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Struktur der VEM Gruppe
VEM Holding GmbH
VEM motors
VEM motors Thurm
Niederspannungsmaschinen
VEM Slovakia s.r.o.
VEM Sachsenwerk
Keulahütte
Hochspannungsmaschinen
Gusserzeugnisse
VEM Tschechien s.r.o.
VEM Vertriebsfirmen
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VEM motors Austria GmbH
VEM motors UK Ltd.
VEM motors Finland Oy
VEM motors Sweden AB
VEM Asia Pte. Ltd.
OOO VEM motors Russia
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Die VEM in Zahlen
Niederspannungsmaschinen
VEM motors GmbH, Wernigerode
VEM motors Thurm GmbH, Zwickau
2010: 110,8 Mio. Euro Umsatz
860 Mitarbeiter
Hochspannungsmaschinen
VEM Sachsenwerk GmbH, Dresden
2010: 115,5 Mio. Euro Umsatz
605 Mitarbeiter
Gusserzeugnisse
Keulahütte GmbH, Krauschwitz
2010: 30,7 Mio. Euro Umsatz
243 Mitarbeiter
Komponenten
VEM Slovakia s.r.o., Piestany/Slowakei
VEM Tschechien s.r.o., Most/Tschechien
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Einführung
Der Vortrag befasst sich mit den Auswirkungen der neuen
Mindestwirkungsgradvorschriften gemäß der Verordnung (EG) Nr.
640/2009. Sie sind ab dem 16.6.2011 verbindlich anzuwenden.
Den Anwendern werden die Auswirkungen und Möglichkeiten
vorgestellt, die sich mit dem Einsatz energieeffizienter Motoren
in der Prozessindustrie ergeben.
The lecture deals with the consequences of the new minimum efficiency
regulations complying with regulation (EC) no. 640/2009. They will be in
force after 16th June 2011.
The user will get to know the impact and possibilities that come with using
energy efficient motors in the process industry.
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Die neue Wirkungsgradklassifizierung
Der Umgang mit den neuen Regeln über Wirkungsgradklassen und
Mindestwirkungsgrade für Niederspannungs-Asynchronmotoren
ƒ Einführung
ƒ Die neue Wirkungsgradklassifizierung
ƒ EUP- Richtlinie und ihre Umsetzung
ƒ Die Umstellung des Produktionssortimentes der VEM Gruppe
ƒ Der Umgang mit den Ausnahmen von der VO Nr. 640/2009
ƒ weitere Aktivitäten
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Die neue Wirkungsgradklassifizierung
Die neue Wirkungsgradklassifizierung nach
IEC 60034-30:2008-10
definiert die neuen Wirkungsgradklassen von Motoren,
Kennzeichnung in Anlehnung an die Schutzart
IP Schutzart (International Protection)
IE International Efficency
IE1
IE2
IE3
(IE4
X
X
Standard efficiency, alte EFF2-Klasse
High efficiency, alte EFF1-Klasse
Premium efficiency
Super-Premium ??)
geänderte Prüfmethodik und damit auch angepasste
Grenzwerte, Wirkungsgradbestimmung nach IEC 60034-2-1 Ed. 1
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Die neue Wirkungsgradklassifizierung
Die Wirkungsgradklassifizierung nach IEC 60034-30
kann angewendet werden auf Drehstrom-Niederspannungsmotoren
mit Käfigläufer nach folgender Spezifikation:
ƒ Bemessungsspannungen bis 1000 V
ƒ Bemessungsleistungen zwischen 0,75 kW und 375 kW (500 HP)
ƒ Polzahlen 2, 4 oder 6
ƒ Bemessen für Dauerbetrieb (S1) oder nahezu Dauerbetrieb (S3 mit
Einschaltdauern von 80% oder mehr)
ƒ geeignet für direktes Einschalten am Netz
ƒ geeignet für die in IEC 60034-1 definierten Umgebungsbedingungen
(Temperatur -15°C…+40°C, Aufstellhöhe 1.000 m)
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Umsetzungsstand der EuP-Richtlinie
Stufenweise Einführung von Mindestwirkungsgraden (MEPS)
VO (EG)
640/2009
IE2 ab 16. Juni
2011
Verordnung (EG) Nr. 640/2009 vom 22.Juli 2009
zur Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG
ƒ Stufe 1:
Mindestwirkungsgrad (MEPS) IE2 ab 16. Juni 2011
ƒ Stufe 2:
Verschärfung auf IE3 [Premiummotoren] erfolgt
IE3 7,5…375 kW
zum 01.01.2015 für den Leistungsbereich 7,5 kW bis 375 kW
ab 01.01.2015
Optionale Möglichkeit: IE2 + Umrichter
ƒ Stufe 3:
zum 01.01.2017 wird der Leistungsbereich auf
IE3 0,75…375 kW
0,75 kW bis 375 kW erweitert
ab 01.01.2017
Optionale Möglichkeit: IE2 + Umrichter.
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Umsetzungsstand der EuP-Richtlinie
Einführung von Mindestwirkungsgraden
Verordnung (EG) Nr. 640/2009 vom 22.Juli 2009
zur Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG
Stufe 1:
Mindestwirkungsgrad (MEPS) IE2 ab 16. Juni 2011
Zeit bis zur Einführung
(ab 06.04.2011):
noch 70 Tage die Zeit läuft
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X
X XIE 1
IE 2
IE 3
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Unsere Produktphilosophie
VEM motors ist Spezialmotorenfertiger
Das VEM-Basissortiment steht in IE2 und zukünftig in IE3
(z.Zt. begrenzt auch in IE4*) zur Verfügung.
Grundlage des Handelns sind die IEC/EN 60034-30 und die VO(EG) 640/2009.
Im Sondermaschinenbereich
(außerhalb des Anwendungsbereichs der VO [EG]
640/2009,
aber innerhalb der IEC/EN 60034-30) wird auch auf die
Wirkungsgradklasse IE1 oder „ohne“ zurück gegriffen.
Es wird aber generell nicht ohne CE-Kennzeichen gefertigt,
d.h. es werden keine Motoren die unter die VO (EG)
640/2009 fallen in IE1 oder ohne IE-Klasse gefertigt.
Das bedeutet Fertigungseinstellung für
IE1- Standardmotoren.
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Unsere Produktphilosophie
Neuorientierung der Produktion
Das im Werk vorhandene IE1 Lager wird ab
Produktionstermin 15.04.2011 nicht mehr aufgefüllt.
Ziel ist es, den Bestand bis zum 15.06.2011 abzubauen.
Danach stehen in beiden Werken ausschließlich IE2-Motoren
ab Lager zur Verfügung.
Ein IE3-Lager wird schrittweise bis Jahresende in
Wernigerode aufgebaut.
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Die Situation am Markt
Umsatzentwicklung 2010 und 1. Quartal 2011
(Leistungsbereich 5,5 bis 500 kW)
Ziel ab 15.06.2011:
IE1+EFF2 =0
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Was muss, was kann IE. gekennzeichnet werden?
siehe auch VEM-Faltblatt mit Erläuterungen für IE und EISA
Welcher Motor fällt in welchen Geltungsbereich?
1.
2.
3.
4.
5.
Standard- Drehstrom-Asynchronmotor
0,75 – 375 kW
2,4,6 – polig, Dauerbetrieb S1
(Anmerkung: Gilt auch, wenn der Motor in eine Maschine eingebaut
ist)
Standard- Drehstrom-Asynchronmotor mit Hilfseinrichtungen
(Wellendichtringe, Rücklaufsperren, Drehgeber etc.)
0,75 – 375 kW, 2,4,6 – polig, Dauerbetrieb S1
(Anmerkung: Messung des Wirkungsgrades ohne Hilfseinrichtungen)
Getriebemotor
Explosionsgeschütze Motor
Bremsmotor:
(Ein Motor mit einer elektromechanischen Bremseinrichtung, die ohne
Kupplungen direkt auf die Antriebswelle eingreift)
Norm
IEC 60034-30: 2008
Kennzeichnung der Klassen: IE1, IE2, IE3
EuP-Richtlinie / Verordnung 640/2009
Gesetzliche Mindestanforderung
Ja
Anmerkung: zusätzlich
Betriebsart S3 (=>80% Einschaltdauer)
Ja
Ja
Anmerkung: zusätzlich
Betriebsart S3 (= >80% Einschaltdauer)
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Ja
Nein
6.
Motoren die vollständig in eine Maschine integriert sind (z.B. Pumpen,
Nein
Lüfter, Getriebe und Kompressoren) und deren Wirkungsgrad nicht
unabhängig von dieser Maschine gemessen werden kann;
Nein
7.
Andere Motorenarten
(z.B. Permanentmagnetmotoren, polumschaltbare Motoren, Motoren
für Schaltbetrieb wie z.B. Servomotoren)
Nein
Nein
Quelle: Tab. 3 ZVEI Leitfaden „Motoren und geregelte Antriebe“
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Was muss, was kann IE. gekennzeichnet werden?
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Wie erzielt man die Wirkungsgraderhöhung?
Reduzierung der
Leistungsdichte
höherwertigerer
Einsatzmaterialien
(Blech,
Kupferläufer)
Minimierung
der Reibung
(Lager, Lüfter)
Erhöhung der CuEinsatzmengen
Wirkungsgradverbesserung
η
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Wie erzielt man die Wirkungsgraderhöhung?
Maßnahmen zur Senkung der Motorverluste:
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ƒ
Verlustarme Elektrobänder (höhere Güte, Blechdicke verringern
ƒ
•
•
•
Vergrößerung des Aktivmaterialeinsatzes
Paketverlängerung
max. Wickeldrahteinsatz
Verkürzung der Wickelköpfe
ƒ
Optimale, polzahlbezogene Schnittgeometrie
ƒ
Vergrößerung der Gehäuseoberfläche
ƒ
Vermeidung des Einsatzes schleifender Dichtungen
(z.B. RS- und 2RS-Lager)
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Welche Konsequenzen ergeben sich?
ƒ Änderung der Motorhüllmaße für Motoren in IE2 bzw. IE3-Ausführung
(Anpassung DIN EN 50347/IEC 60072- 1 erforderlich)
ƒ Vergrößerung der Motormassen
ƒ Vergrößerung der Motorträgheitsmomente,
(bedingt durch die Vergrößerung des Aktivmaterialeinsatzes und Änderung der
Läuferkäfige auf Cu-Guss bei IE3)
ƒ Unterschiede in der Rahmengeometrie bei IE- klassifizierten und
nichtklassifizierten Motorenvarianten
ƒ Erhöhung der Motorenpreise
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Wie geht es weiter?
IE1, IE2, IE3…. IE4…..IE5?
Was macht Sinn, wo liegen die Grenzen?
Jedes % Wirkungsgradverbesserung bei Asynchronmotoren zieht
mehr oder höherveredeltes Material nach sich.
Für ein Prozent Wirkungsgrad sind ca. 3 bis 6 Prozent mehr Material
erforderlich. Dieses Material muss gewonnen und veredelt werden.
Macht dieser Weg Sinn, oder gibt es effektivere Lösungen?
Die Antwort darauf ist eindeutig:
Ja, es gibt effektivere Lösungen!“
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Wie geht es weiter?
Mehr Energieeffizienz durch Drehzahlregelung
Mit elektronischer Drehzahlregelung können im Vergleich
zu konventionellen Methoden je nach Anwendung
20 bis 70 % der Energiekosten eingespart werden.
(Größter Effekt bei quadratische Gegenmomentkennlinie-Lüfter,
Pumpen)
Einschätzung des Zentralverbandes Elektrotechnik und
Elektroindustrie [ZVEI]
• 30 Mio installierte Antriebseinheiten in Deutschland
• davon nur 12% mit energiesparender Drehzahlregelung
• bei gut 50 % ist eine Umrüstung auf Drehzahlregelung sinnvoll
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Wie geht es weiter?
Freiwillige Selbstkontrolle durch die Hersteller
In Auswertung der Erfahrungen aus dem Voluntary Agreement of CEMEP
wird seitens der Mitgliedsfirmen der AG LV Motors of CEMEP
eine freiwillige Selbstkontrolle der Hersteller für die Korrektheit
der Wirkungsgradangaben vorgeschlagen.
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Wie geht es weiter?
Vertrauen schaffen durch Prüffeldzertifizierung
bei VEM motors durch CSA International
ISO/IEC 17025:2005
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ISO/IEC 17025:2005 und
CAN/CSA C390-98(R2005)
Energy Efficiency Test Methods
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Wie geht es weiter?
Marktkontrolle in Inland
www.ebpg.bam.de
Die BAM Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung koordiniert
die Umsetzung der europäischen Ökodesign-Richtlinie in Deutschland
und verbindet politische Ziele mit technisch und wirtschaftlich
Machbarem.
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Wie geht es weiter?
Kommt die Abwrackprämie für Elektromotoren?
• Motorlebensdauer liegt bei
ca. 10 bis 20 Jahren
Lebensdauer von elektrischen Maschinen
Pn [kW]
> 75
> 37…75
> 7,5…37
> 0,75…7,5
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
t [Jahre]
Quelle: G. Volz
• 30 Mio installierte Antriebseinheiten
allein in Deutschland
Einschätzung des Zentralverbandes Elektrotechnik und
Elektroindustrie [ZVEI]
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Wie geht es weiter?
Weitere Studien der EU-Kommission:
Geplant sind derzeit weitere Studien
analog zur EuP-Studie von Prof. Almeida:
• für weitere Motorentypen
• weiterer Anwendungen, wie z.B. Kompressoren
Products in motor systems:
Lot 30: Products outside the scope of the Regulation 640/2009 on electric motors,
such as special purpose inverter duty motors (asynchronous servo motors), permanent
magnet motors, motors cooled by their load (fans), including motors and products under
Article 1, points 2(b), (c) and (d) and including drives, such as soft starters, torque or
variable speed drives (VSD) from 200W–1 000kW. The study should also cover motors in
the scope of the Regulation 640/2009 from 750kW–1 000kW.
Lot 31: Products outside the scope of lot 30 and Regulation 640/2009 on electric
motors, in particular compressors, including small compressors, and their possible
drives.
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Wie geht es weiter?
Sensibilisierung der Endbenutzer
auf die Lebenszykluskosten
Bemessungsleistung
1,5 kW
15 kW
110 kW
Investition Motor [%]
2,3
1,1
0,9
Installation + Wartung [%]
0,9
0,2
0,01
Energiekosten [%]
96,8
98,7
99
Basis:
Nutzungsdauer von
3.000 h pro Jahr
Quelle: Brancheninformation des ZVEI
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Haben Sie
noch Fragen?
Wir helfen Ihnen gern.
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Besuchen Sie uns in Wernigerode
Wir laden Sie herzlich ein zum
10. Technischen Tag der VEM Gruppe
mit dem Thema
Elektrische Maschinen –
Gestern, Heute und in Zukunft
in Wernigerode
am 27. und 28. September 2011
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
und auf Wiedersehen bei der VEM motors
VEM motors Thurm GmbH
VEM motors GmbH
www.vem-group.com
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