Andere Länder, andere Sitten: In Japan setzte die Entwicklung von Energiesparmotoren bereits zu Beginn der 1990er-Jahre ein. Europa hinkt hinterher, denn relevante Standards in Bezug auf die Energieeffizienz von Industrieanwendungen setzt erst die europäische EuP-Richtlinie für energiebetriebene Produkte und Elektromotoren (EG640/2009) aus dem Jahr 2009. Die Richtlinie ist für Elektromotoren im Leistungsbereich von 0,75 bis 375 kW relevant.
Die internationale Norm IEC 60034-30 definierte zunächst drei Effizienzklassen: von IE1 als niedrigste bis IE3 als höchste Klasse. Seit 2011 müssen alle neu installierten Elektromotoren dem IE2-Standard entsprechen. Ab 2015 müssen in einem zweiten Schritt Motoren mit einer Leistung von 7,5 bis 375 kW die Anforderungen der IE3 oder - in Verbindung mit einem Frequenzumrichter - der IE2 erfüllen. In der letzten Phase, ab 2017, gilt diese Anforderung auch für kleinere Motoren ab 0,75 kW. Bis 2020 soll der europäische Gesamtstromverbrauch durch diese Vorgaben um rund fünf Prozent sinken.
Während also aktuell die meisten europäischen Industrie-unternehmen über die Umsetzung der IE2-Vorgaben nachdenken, haben innovative Anbieter von Elektromotoren bereits die ersten Modelle der Effizienzklasse IE4 vorgestellt. Die entsprechenden Anforderungen definiert die aktuelle Normen-Version IEC TS 60034-31. Allerdings handelt es sich dabei noch um eine Vornorm. Die weiterhin gültige Vorgänger-Norm IEC 60034-30 regelt die Klassen 1 bis 3, bezieht sich aber lediglich auf die "Wirkungsgradgrenzwerte von Asynchronmaschinen". Im Unterschied dazu definiert die Nachfolgerversion nicht nur die Anforderungen an die neue Effizienzklasse 4, sondern gilt explizit für alle Arten von Elektromotoren. Das heißt: insbesondere auch für Permanent-Magnet-Motoren.
Ein Beispiel für die neueste Generation von Energiesparmotoren ist der Permanent-Magnet-Motor SPRiPM (Super Premium IPM Motor, gesprochen wie englisch "Supreme") von Yaskawa. Er wird als Antriebspaket gemeinsam mit dem Frequenzumrichter V1000 bzw. A1000 angeboten und deckt einen außergewöhnlich weiten, IE4-konformen Bereich ab. Insgesamt sind aktuell acht verschiedene Varianten verfügbar: für Motorwellenleistungen von 0,4 kW bis 15 kW, für 1500 und 3000 rpm Nenngeschwindigkeit, mit Standard-Achshöhen von 71 bis 112 cm und zur normgerechten Fuß- oder Flansch-montage (B3/B5). Alle Varianten sind CE- und IP55-konform.
Die extrem energiesparende Neuentwicklung setzt die Hocheffizienzanforderungen nach EuP-Richtlinie (Super Premium Efficiency) schon fünf Jahre vor ihrer zwingenden Gültigkeit um bzw. übertrifft sie mit der (inoffiziellen) Klasse IE4+ noch. Die realisierbaren Energieeinsparungen sind damit so hoch, dass es sich lohnt, statt der derzeit geforderten IE2-Motoren gleich die aktuell höchste Klasse einzusetzen. Die Mehrkosten bei der Erstinvestition amortisieren sich in der Regel nach rund zwei Jahren.
Über die besondere Energieeffizienz hinaus zeichnet sich der SPRiPM durch sein extrem kompaktes Design aus. Das spart Platz in der Maschine. Permanent-Magnet-Motoren sind schon konstruktionsbedingt deutlich kleiner und leichter als ein vergleichbarer Asynchronmotor. Bei der Neuentwicklung konnten die Abmessungen nochmals reduziert werden, sodass der neue Motor im Ergebnis bis zu 40 Prozent kleiner als ein entsprechender Asynchronmotor ist. Dies entspricht einer zwei Standardgrößen kleineren Rahmenabmessung. Zudem hat der SPRiPM ein um 50 Prozent geringeres Gewicht und 60 Prozent weniger Massenträgheit als ein Asynchronmotor. Das bedeutet: eine um 60 Prozent schnellere Anlauf- und Auslaufzeit. Vor allem zeichnet sich die Motor-Innovation durch ein sehr hohes Drehmoment auch im unteren Drehzahlbereich aus. Der IPM-Motor erreicht sein Nennmoment von 100 Prozent vom Start an, also quasi ab der ersten Umdrehung. Bereits bei 150 rpm ist ein Drehmoment von 150 Prozent möglich.
Zusammen mit dem bewährten V1000-Umrichter bildet der Motor ein leistungsfähiges und technisch einheitliches IE4-Antriebspaket für vielfältige Anwendungen. Zur präzisen und sicheren Steuerung von Permanent-Magnetmotoren bietet der V1000 eine zuverlässige und effiziente Lösung. Dabei ist keine Rückführung notwendig. Das Paket ist also preiswerter und robuster. Eingeführt als kleinster Kompaktfrequenzumrichter der Welt, braucht der V1000 zudem sehr wenig Platz.
Hohes Drehmoment für große Aufgaben
Das hohe Anlaufdrehmoment des SPRiPM gewährleistet eine schnellere Motorbeschleunigung. Vor allem prädestiniert es den Motor für Einsatzbereiche, in denen ein hohes Startmoment zum Losbrechen großer Massen gefragt ist, etwa beim Anlaufen einer Förderschnecke mit viskoser Kunststoffmasse. Weitere Beispiele sind Förderbänder, große Füller, Extruder, Kompressoren, Hydraulikpumpen oder sonstige Anlagen in der Getränkeindustrie. Extruder zum Beispiel arbeiten im Prozess mit einem kontinuierlichen Drehmoment. Der Motor beschleunigt in weniger als einer Sekunde und zeigt eine hohe dynamische Reaktionsfähigkeit, ohne dass dabei ein Getriebe notwendig ist. Bei einem Schraubkompressor zählt neben dem starken Drehmoment im unteren Drehzahlbereich auch eine sehr hohe Motorgeschwindigkeit von bis zu 400 Hz. Bei Anwendungen mit variablem Drehmoment - wie Lüfter - bringt die Funktion "Fliegender Start" positive Effekte: Bei einem Stromausfall zum Beispiel dreht das Lüfterrad noch nach. SPRiPM und V1000 erfassen die Geschwindigkeit bis hinunter zu 10 Hz und erlauben so ein optimales Wiederanfahren. Auch der geringe Geräuschpegel des Motors macht sich im Fall von Lüftern besonders stark bemerkbar, da sich Lärm über die Flügel des Lüfters verstärken würde.
