Eco-Design in der Antriebstechnik
Die Eco-Design Verordnung der Europäischen Union ist ein Optimierungsprozess, der die Energieeffizienz in der Industrie langfristig verbessern und umweltschädliche Emissionen senken soll.
Die Klassen IE1-4 stellen dabei Energieeffizienzklassen von «Standard» bis «Super Premium Efficiency» dar. IE5, die höchste Wirkungsgradklasse, hat noch keine Bezeichnung und keine definierten Grenzwerte. In der Schweiz haben heute alle neuen Antriebe eine Mindesteffizienzklasse von IE2 oder höher. Die derzeitigen Anforderungen hängen von der Art des Motors und dem Leistungsbereich ab.
Mindesteffizienzklassen in der Schweiz (2023)
| Motorart | Leistungsbereich | Effizienzklasse | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Motorart | 1–phasen-Motoren ≥ 0.12 kW | Leistungsbereich | ≥ 0.12 kW | Effizienzklasse | IE2 |
| Motorart | Explosionsgeschützte Motoren | Leistungsbereich | Ex db, Ex ec, Ex tb, Ex tc: - 0,12 kW bis < 0,75 kW - 0,75 kW bis 1000 kW Ex eb (erhöhte Sicherheit): - 0,12 kW bis 1000 kW |
Effizienzklasse | IE2 IE3 IE2 |
| Motorart | 3-phasen-Motoren | Leistungsbereich | 0,12 kW bis <0,75 kW | Effizienzklasse | IE2 |
| Motorart | 3-phasen-Motoren | Leistungsbereich | 0.75 kW bis <75 kW | Effizienzklasse | IE3 |
| Motorart | 3-phasen-Motorem | Leistungsbereich | > 75 kW bis <200 kW | Effizienzklasse | IE4 |
| Motorart | 3-phasen-Motoren | Leistungsbereich | 200 kW bis <1000 kW | Effizienzklasse | IE3 |
Unterschiede zwischen den Motortechnologien im Zusammenhang mit dem Wirkungsgrad
Drehstromasynchronmotor
Drehstromasynchronmotoren (DSAMs) sind im Grunde für alle Anwendungen geeignet, sind jedoch nicht unbedingt die beste Lösung—vor allem bei eingeschränkten Platzverhältnissen. Um den Wirkungsgrad zu verbessen, müssen Hersteller oft mehr und bessere Materialien für den Aufbau des Ständers und Rotors einsetzen, was oft zu einer Vergrößerung des gesamten Motors führt.
Kupferläufermotor
Der Kupferläufermotor, eine Variante des Standardasynchromotors, kann kompakter gebaut werden, ist aber auch teurer in der Herstellung. Hier ist zu beachten, dass dank der reduzierten Verluste, die durch den Kupferläufer erzielt werden, die Drehzahl unbeabsichtigt steigen kann und der Antrieb so nicht mehr mit dem optimalen Wirkungsgrad betrieben wird.
PM-Motor (Permanentmagnet-Synchronmotor)
PM Motoren sind Synchronmotoren, die keine Läuferwicklung, sondern Permanentmagnete einsetzen, um den Rotor verlustlos zu magnetisieren. Diese Art von Motoren sind teuer in der Herstellung und Wartung, sind aber auch besonders effizient bei reduzierten Drehzahlen.
Synchronreluktanzmotor
Synchronreluktanzmotoren mit einem Leistungsspektrum über 0.75 - 30 kW ((2 pol.) 1500 min-1 = 0.75-30.0 kW), (4 pol.) 3000 min-1 = 0.75-18.5 kW) sind mit einer Wirkungsgradklasse von IE5 besonders effizient. Wie PM-Motoren sind diese auch bei niedrigeren Drehzahlen sehr effizient. Kleinere Synchronreluktanzmotoren fallen üblicherweise herstellerbedingt zwischen IE2-IE4.
Systemoptimierung und International Efficiency of Systems (IES)
Effizientere Motoren sind nur der erste Schritt bei der Optimierung ihres Antriebssystems und machen dabei circa 10% des erreichbaren Einsparpotenzials aus. Weitere 30% können mit der Drehzahlregelung durch den Einsatz eines Frequenzumrichters erreicht werden. Der Rest wird durch die Optimierung des gesamten Systems erzielt.
Um den Optimierungsprozess zu vereinfachen, wird der Wirkungsgrad eines Motors im Zusammenhang mit einem Frequenzumrichter mit den Wirkungsgradklassen IES0-2 eingeordnet. Diese wird durch den Energieverlust des gesamten Antriebssystems (PDS) definiert, wobei IES0 und IES2 jeweils als mindestens +20% und mindestens -20% des Referenzverlusts IE1 definiert werden.
Gesetzliche Anforderungen für International Efficiency of Systems (IES) Klassen gibt es zur Zeit noch nicht.
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