Bislang waren Asynchronmotoren aufgrund ihrer Wicklungsausführung in punkto Spannungsumschaltbarkeit stark begrenzt. Für jedes von der IEC 60038 abweichende Niveau musste der Motor separat gefertigt werden. Das führte gerade bei geringen Stückzahlen zu Mehrkosten und längeren Lieferzeiten. Diese Tatsache stellte Maschinen- und Anlagenbauer vor eine Herausforderung, da gerade weltweit tätige Unternehmen für jede Zielregion eigene Motortypen projektieren und vorhalten mussten. Der weiterentwickelte Eusas-Motor – der Name steht für Europa-USA-Asien – setzt dem nun ein Ende.
Umschalten und weltweit verwenden
Mit einem großem Spannungsbereich und einfacher Spannungsumschaltbarkeit im Anschlusskasten lassen sich die Systemmotoren weltweit für verschiedene Netzspannungen wie 115 bis 460 V bei Baugröße 63-100 oder 200 bis 690 V bei Baugröße 112-315 und bei Frequenzen von 50 und 60 Hz einsetzen. Der Eusas-Motor besitzt eine spezielle Weitbereichswicklung. Dabei ermöglicht die Trennung jeder Motorwicklung in zwei Teilwicklungen mit insgesamt zwölf Anschlusslitzen, bis zu vier unterschiedliche Schaltungsoptionen am neunbolzigen Klemmbrett auszuwählen.
Diese flexible Umschaltbarkeit ist sowohl für Anwendungen in Netz- als auch in Frequenzumrichtereinspeisung von Vorteil. Die Wicklungsverschaltung kann bei starren Versorgungen an 50Hz- oder 60Hz-Netzen an die Netzanforderungen angepasst werden, das heißt, die Maschine kommt ohne Sonderwicklungen aus und kann weltweit als Standardmaschine betrieben werden – auch in einem Dreiphasennetz in 220V/60Hz-Ausführung wie etwa in Brasilien, Kolumbien und Ecuador. Die Motoren eignen sich auch für den Betrieb mit elektronischer Drehzahlregelung. In diesem Fall können sie aufgrund der 87/100/120Hz-Spannungs-/Frequenz-Kennlinie auch ohne Sonderwicklung laufen. Bei flexiblen Versorgungen kann der Gesamtantrieb durch die Wicklungsverschaltung zusätzlich optimiert werden.
Besondere Statorwicklung
Die Eusas-Motoren verfügen über eine besondere Statorwicklung. Grundsätzlich hat eine Maschinenwicklung einerseits die Aufgabe, den Strom zu führen, und andererseits, den Maschinenfluss zu erzeugen. Das Produkt aus Strom und Fluss ist ein Maß für das Drehmoment. Die Baugröße eines Motors ist im Wesentlichen über das Drehmoment bestimmt und weniger über die Leistung.
Bei einem drehmomentkonstanten Betrieb ist es ohne Wicklungsumschaltung nicht möglich, die Drehzahl über die Bemessungsdrehzahl bei gleichzeitigem Beibehalten des Maschinenflusses zu erhöhen. Die zum Aufrechterhalten des Konstantflusses notwendige Spannung kann in diesem Fall nicht mehr über die Netzspannung erhöht werden. Durch die Wicklungsumschaltung – zum Beispiel Parallelschaltung von Spulen – lässt sich die Motorspannungsebene hingegen generell halbieren, so dass wieder Spannung zum Aufrechterhalten des Flusses bei Drehzahlsteigerung zur Verfügung steht.
Beim Umschalten in Parallelschaltung verdoppelt sich der aufgenommene Nennstrom des Motors, jedoch muss dieser im Bemessungsbetrieb 50 Hz nur mit der halben Spannung versorgt werden. Die elektrische Eingangsleistung bleibt somit konstant. Obwohl die Maschine einen höheren Strom zieht, wird sie nicht überlastet. Das liegt daran, dass die Einzelspulen wie vor dem Umschalten den gleichen Strom führen – Knotenregel –, der sich jedoch nach außen durch die Parallelschaltung summiert.
Im 400V-Netz und einer Umschaltung auf zum Beispiel DD (Doppeldreieck) benötigt der Motor für Bemessungsleistung nur noch 200 V / 50 Hz, somit kann der Frequenzumrichter bei U/f-Einstellung die Spannung und die Frequenz im selben Verhältnis auf das Doppelte erhöhen (400 V / 100 Hz, drehmomentkonstant). Damit verdoppeln sich auch die elektrisch aufgenommene Eingangsleistung und die Drehzahl des Motors, wodurch sich eine doppelte mechanische Ausgangsleistung ergibt.
Doppelte Leistung
Die Funktion, im Umrichter-Betrieb mit doppelter Nennleistung arbeiten zu können, ist besonders nützlich für Anwendungen, für die der Antrieb möglichst platzsparend gebaut werden muss oder bei Anwendungen, die einen sehr großen Regelbereich (Drehzahlbereich) mit konstantem Moment bis 100 Hz benötigen. Diese Funktion ermöglicht, Motoren kleinerer Baugrößen selbst bei anspruchsvollen Leistungsanforderungen zu verwenden. Das bringt sowohl Gewichts- als auch Kosteneinsparungen mit sich. Ein Motor der Baugröße 180 mit 22 kW bei 50 Hz liefert beispielsweise bei 100 Hz eine Leistung von 44 kW.
Es wäre ebenfalls möglich, die doppelte Leistung durch Verdopplung des Drehmoments zu erreichen. Dies hätte aber einen stark erhöhten Motorstrom zur Folge, welcher den Motor thermisch stark belasten würde. Hinzu käme ein geringerer Wirkungsgrad bei diesem Arbeitspunkt der Maschine, der hohe Verluste zur Folge hätte. Motoren dauerhaft mit zweifachem Nennmoment zu belasten, führt zudem zu Beschädigungen der Motorwicklung. Dank der speziellen Wicklung kann der Antrieb im Falle des Eusas-Motors hingegen mit höheren Drehzahlen arbeiten, und es sind bei gleichbleibendem magnetischen Fluss höhere Abgabeleistungen realisierbar, ohne dabei die Maschine zu überlasten. Hierfür müssen Anwender lediglich die Wicklung am Klemmbrett umschalten und die Reglerparameter am Umrichter ändern.
Flexibel einsetzbar
Der weiterentwickelte Eusas-Motor vereint erstmalig energiesparende Motorentechnik (IE2/IE3) von WEG mit dem modularen Getriebebaukasten MAS von Watt Drive. Damit stellt er eine zukunftsfähige, energieeffiziente Antriebslösung für eine große Bandbreite von Anwendungen dar. Die spezielle Weitbereichswicklung ermöglicht eine große Auswahl an Schaltungsoptionen am neunbolzigen Klemmbrett. Mit einem großen Spannungsbereich und einfacher Spannungsumschaltbarkeit lassen sich die Systemmotoren weltweit flexibel für verschiedenste Netzspannungen und Frequenzen einsetzen.
Mit cleveren Funktionen, wie im Umrichterbetrieb mit doppelter Nennleistung arbeiten zu können, schöpfen die Eusas-Motoren alle Möglichkeiten moderner elektronisch geregelter Antriebstechnik aus. In Bezug auf Wirkungsgrad, Leistungsgewicht, Dynamik und Belastbarkeit erlauben sie dem Konstrukteur ganz neue Gestaltungsmöglichkeiten.
