CT GmbH Lift Drives

VIII. Schwelmer Symposium 2011
Moderne Technik im Aufzug
Einspartpotentiale durch
moderne Aufzugsantriebe
Dr.-Ing. Holger König
Leiter Technik/ Branchenentwicklung
Control Techniques GmbH
Einspartpotentiale durch moderne Aufzugsantriebe
Inhalt

Energieeinsparung mit Netzrückspeisung

Einsparmöglichkeiten durch Ersatz der Fahrschütze

Reduktion der Umrichterleistung beim Servomotor

Verkürzte Inbetriebnahmezeit mit Plug’n Lift
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
Energieeinsparung mit
Netzrückspeisung
Moderne Aufzugsantriebe



Neuanlagen zu 92% Seilaufzüge
und zu 8% Hydraulikaufzüge
Antrieb des Seiles oder der
Hydraulikpumpe mit einem
Elektromotor
Einsatz Frequenzumrichter zur
Motor- Drehzahlregelung
– Reduzierte Verluste
– Erhöhter Komfort
– Geringere Netzbelastung


Überwiegend getriebelose
Seilantriebe (Gearless)
Durch neue Technologien
erhöhte Energieeffizienz:
Energiebedarf Hubanwendung in %
0
20
Polumschaltung
Spannungssteller
Frequenzumrichter (FU)
FU mit Spezialgetriebe
FU mit Gearless Motor
FU mit Gearless und Rückspeisung
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
40
60
80
100
VDI4707: Energieeffizienz von Aufzügen
VDI4707 Blatt 1 (03/2009)
 Initiative der Aufzugsindustrie zur Energieeinsparung
 Ziel: Messung und Beurteilung der Energieeffizienz von
Aufzugsanlagen
 Energiebedarf unterteilt in:
– Stillstandsbedarf
– Fahrbedarf

Leistungsbedarf 5min nach letzten Fahrt
Energie für Referenzfahrt mit
definiertem Lastkollektiv/ Leerfahrt
5 Nutzungskategorien: 0,2h, 0,5h, 1,5h, 3,0h, 6,0h Fahrtzeit/Tag
VDI4707 Blatt 2 (Ziel: Gründruck zur Interlift 2011)
 Ziel: Ermittlung der Energieeffizienz aus Komponenten
 Festlegung der Komponentendaten und des Rechengangs
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
VDI4707 Stillstandsbedarf von Aufzügen




VDI4707: Energiebedarf 5min nach
der letzten Fahrt (Kl. A:  50W)
Anteil bei Wohnhaus 50 – 70%, bei
Bürogebäuden 30 – 50% des
gesamten Aufzugs-Energiebedarfs
Anteil des Kabinenlichts 30 – 70%
Unidrive SP Energiesparstufe S1
– Autosave Standby Mode
– …22kW: P < 25W = 50% Kl. A

Unidrive SP Energiesparstufe S2
– Energiesparschütz (20 Starts/h)
– Schnelle Bereitschaft (< 5 s)
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
VDI4707 Fahrbedarf von Aufzügen
Überwiegend bestimmt durch Energiebedarf des Antriebes
Fahrbedarf Frequenzumrichter mit Bremswiderstand


– Leer AB Leistung vom Netz
EFahren [mWh/m*kg] = 0,48 / G
– Leer AUF Bremswiderstand
EFahren = 0
– G = Schacht * Gear * Motor * Drive
 G < 0,78
(0,9*1,0*0,9*0,97)
– EFahren > 0,61mWh/m*kg
 Kl. A (0,56)
nicht erreichbar!
20
4000
Netzleistung
Geschwindigkeit
3000
15
2000
10
1000
5
0
0
5
15
25
35
45
55
65
75
85
-1000
-5
-2000
-10
-3000
-15
-4000
Leerfahrt AUF
Leerfahrt AB
-20
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
VDI4707 Fahrbedarf von Aufzügen
Reduktion Fahrbedarf durch Netzrückspeisung

–
–
–
–
–
Leer AB Leistung vom Netz
EFahren,M [mWh/m*kg] = 0,48 / G
Leer AUF Leistung ins Netz
EFahren,G = – EFahren,M * (2G – 1)
Mit G < 0,78 ist EFahren,T > 0,27mWh/m*kg  Kl. A (0,56mWh/m*kg)
Mit hohem Wirkungsgrad Reduktion des Fahrbedarfes um 0 – 60%
Bei geringem Wirkungsgrad (G < 0,5) keine Energierückspeisung!
20
4000
Netzleistung
Geschwindigkeit
3000
15
2000
10
1000
5
Rückspeisung
0
0
5
15
25
35
45
55
65
75
85
-1000
-5
-2000
-10
-3000
-15
-4000
Leerfahrt AUF
Leerfahrt AB
-20
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
Methoden der Netzrückspeisung bei Aufzügen

Back-to-Back Netzumrichter für
Ein- und Rückspeisung
–
–
–
–
–

Reduktion Fahrtbedarf … 60%
Reduktion Energiebedarf …30%
Amortisation in 3 – 6 Jahren
Geringere Abwärme im Raum
Für getriebelose Aufzugsantriebe in
hochfrequentierten Gebäuden
Bishopsgate 99
–
–
–
–
–
2x 5er Gruppen der Fa. Liftec Lifts
V = 6 m/s, Q = 1600kg, H = 85m
V = 3 m/s, Q = 1600kg, H = 45m
Steuerung MPK Fa. Kollmorgen
DCP4 Direkteinfahrt mit Schnellstart
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
Methoden der Netzrückspeisung bei Aufzügen


Back-to-Back Netzumrichter für
Ein- und Rückspeisung
Volkswohlbund Dortmund
– 4 Aufzüge der Fa. Janzhoff
– V = 2,5 m/s, Q = 900/ 1350kg, 57m
– Steuerung MPK Fa. Kollmorgen

VDI4707 Effizienzmessung
– Stillstandsbedarf 230W D
• Tür 20W, FU 30W,
• FK Licht > 130W !
• Ohne FK Licht <100W B
– Fahrbedarf
• ELeer,AB = 84 Wh
• EGesamt = 46 Wh
B
A
– Spezifischer Energiebedarf
• 0,74mWh/m*kg (NK 3) A
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
VDI4707 Fahrbedarf von Aufzügen
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
Methoden der Netzrückspeisung bei Aufzügen

DC Verbund mit separater
Einspeisung und zentraler
Rückspeisung
–
–
–
–

Energieausgleich über DC Verbund
Reduktion Energiebedarf …30%
Amortisation in 2 – 3 Jahren
Für, getriebelose Aufzugsgruppen in
hochfrequentierten Gebäuden mit
den baulichen Voraussetzungen
Spital Frauenfeld (CH)
–
–
–
–
–
6er Gruppe Fa. AS Aufzüge
v = 1,75m/s, Q = 1800kg
Steuerung bp306 Fa. Böhnke
Energieeinsparung 13MWh/ a
30% höhere Förderleistung
mit DCP4 und Schnellstart
– Redundanter Systemaufbau
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
Methoden der Netzrückspeisung bei Aufzügen

Teilrückspeisung mit Efficiency
Option (EO)
– Nur für Rückspeisung, Auslegung
auf 30 – 50% Umrichterleistung
– Reduktion Energiebedarf …30%
– Amortisation in 2 – 3 Jahren
– Ausreichend für Fahrbedarf Kl. A
– Redundant mit Bremswiderstand
– Automatische Selbsteinstellung
– Einfache Nachrüstung, da nur DC
und AC Kraftstrom- Verbindung
Efficiency Option
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
Einsparmöglichkeiten
durch Ersatz der
Fahrschütze
Ersatz der Fahrschütze





EN81 12.7.3.a) fordert zwei
unabhängige Geräte zur
Unterbrechungen des
Energieflusses (Schütze)
AC Schütze sind für 50/60Hz
Ströme, der Motorstrom hat
Frequenzen von 0Hz
3 x 400V AC
+24
V
K1
K1
K2
K2
Schützüberwachung
Lichtbögen führen zu Kontaktabbrand, Motorwicklungsfehlern
oder Umrichterabschaltungen
Unidrive SP besitzt eine TÜV
zertifizierte Sicherheitsfunktion
zum sicheren Stillsetzen EN81-1
K1
Schützansteuerung
K2
Ersatz der Motorschütze durch
sichere Fahrtrelais
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
Konventioneller
Umrichter
Impuls
sperre
Ersatz der Fahrschütze
Fahrrelais 1
Geschützte Verdrahtung
(im Schaltschrank oder geschirmt)
Fahrrelais 2
Anbindung hinter
Sicherheitskreis
+24V
Fahrrelais 2
Fahrtfreigabe
+24V
Startsignal
Steuerleitung(en)
31
SD-Eingang
FU
Frequenzumrichter
Unidrive SP mit EN81 Zulassung
Fahrrelais 1
E
A
AS
Aufzugssteuerung
A
Fahrtfreigabe
Fahrrelais 1
M
3~
CT-He-2007-03
Asynchron- oder
Synchronmotor
V01.00.02
Blatt 1
H. König
Stand: 23.03.2008
© Control-Techniques
Fahrrelais 2
Unidrive SP Schaltung für
Aufzugsantrieb ohne Hauptschütz
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
Ersatz der Fahrschütze

Einsparmöglichkeiten
–
–
–
–
–

Geräuschreduktion
Platzeinsparung
Bessere EMV, einfacher
Geringere Kosten
Weniger Wartung
Anwendung
–
–
–
–
–
–
1. TÜV abgenommener FU
Kein IP54 Einbau erforderlich
Anerkannt von allen TÜV’s
Alle Leistungen bis 2 MW
Mehr als 1000 Seilaufzüge
Auch hydraulische Aufzüge
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
Reduktion
Umrichterleistung beim
Servomotor
Spannungsbegrenzung Servomotor




Spannung steigt mit Drehzahl + Last und begrenzt Geschwindigkeit
Nenngeschwindigkeit wegen begrenzter Spannung oft nicht möglich
Abhilfe: Aktive Spannungsbegrenzung Blindstromeinprägung iSX
Reduktion durch Spannungsabfall über der Motorinduktivität wLS iSX
jwLSiSy
RSiSx jwLSiSy
RSiSy
IS
US
RS
XS = wLS
US
RSiSy
E = n * Ke
jwLSiSx
US
E
E = n * Ke
IS
iSy
iSy
US
Rotorfluss
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
iSX
Rotorfluss
Spannungsbegrenzung Servomotor



Blindstrom reduziert Wirkstrom und damit das verfügbare Drehmoment
der Motorkennlinie oberhalb der Nenndrehzahl
Erforderliches Drehmoment setzt sich aus den statischen Lastmoment
und dem trapezförmigen Beschleunigungsmoment zusammen
Einpassen des erforderlichen Drehmomentes unterhalb des
verfügbaren Drehmoments des Motors erlaubt höhere EMK- Konstante
Spannung
U
Gesamtstrom
I
Feldstrom
M
Beschleunigungsmoment
Lastmoment
Wirkstrom
Verfügbares
Motormoment
Nenndrehzahl
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
Spannungsbegrenzung Servomotor

Begrenzung der Motorspannung mit Blindstromeinprägung

Höhere EMK- Konstante = Reduktion des Motorstromes

Umrichter mit geringerem Nennstrom einsetzbar
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
Verkürzte
Inbetriebnahmezeit mit
Plug’n Lift
Plug’n Lift Solution
Emerson Elevator Solution
– Inbetriebnahme in 3 Schritten
1. #F2: Wahl des Interface (DCP, CAN, …)
2. #F0: Auslesen Motorgeber
READY TO RUN ! (< 10 min!)
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
Plug’n Lift Solution

Prinzip
– Speicherung Motordaten,
Regelungsdaten und der
technologischen Daten im Geber
– Programmierung des „Elektronic
Nameplate“ (ENP) beim
Motorhersteller

Vorteile
– Datenablage an der richtigen
Stelle!
– Einfachste Möglichkeit der
Datenwartung
– Problemloser
Komponentenaustausch
– Minimales Einstellrisiko und
projektierter Fahrkomfort
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques
Einsparpotentiale durch moderne Antriebe
Zusammenfassung
1. Energieeinsparung
– Netzrückspeisung erlaubt höhere VDI4707 Effizienzklasse
– Angepasste Lösungen bieten Kosten- und
Verfügbarkeitsvorteile
2. Kostenreduktion
– Schützloser Betrieb führt zu Platz- und Kosteneinsparung,
aber auch zu Geräusch- und Wartungsreduktion
– Servomotor Feldschwächung reduziert die
Umrichterleistung
3. Zeitersparnis
– Reduktion der Inbetriebnahmezeit Plug’n Lift
– Reduktion Einstellrisiko, Erhöhung der Fahrqualität
Vielen Dank für Ihr Interesse
Schwelmer Symposium 2011, Dr. Holger König, Control Techniques