EN 50598 Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der ...œber_VEM... · Rückblick in das Jahr...

EN 50598

Eine Chance für mehr

Wirtschaftlichkeit in der

Stahlindustrie (?)

www.vem-group.com Stahl- und Walzwerke

Rückblick in das Jahr 2009 (8. Technischer Tag)

Der Walzprozess

Die EN 50598-2

Zusammenfassung

15.09.2015 Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?) 2

Gliederung

Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie Folie 3/26

© Alle Rechte bei VEM motors GmbH, jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei VEM motors GmbH CC West / F. Steuer

Energieeffiziente Antriebslösungen für die Stahlindustrie

IE 3?

IE 1?

IE 2?

IE…? Foto: Stahl-Zentrum




Sind für „Energieeffiziente Antriebssysteme“ in jedem Fall Motoren nach

neuen IE2 oder sogar IE3 Klassen notwendig?

• Welche elektrischen Antriebe werden für die technologischen Prozesse in der

Stahlindustrie im Niederspannungsbereich benötigt?

• Wie unterscheiden sich die Lastverhältnisse zu Standardantrieben?

• Welche Motoren kommen konstruktiv zum Einsatz?

• Welche Energiesparmöglichkeiten gibt es?



Elektrische Antriebe in der Stahlindustrie

• ca. 1300 Niederspannungsmotoren werden direkt für den

technologischen Prozess wie Transport und Bearbeitung benötigt

• Gesamtanschlussleistung ca. 16 MW

• Achshöhen im Bereich von 132 bis 560

• Dauerbetrieb

Annahmen:

Gesamtleistung: 16.500 kW

Energiekosten: 0,20 €/kWh

Laufzeit/Tag: 23 Stunden

Laufzeit/Jahr:

336 Tage bei 4 Wochen Stillstand

Ergebnis:

ein Punkt Wirkungsgradverbesserung

Energieeinsparung: 165 kW

Kostenersparnis: 759 €/Tag

255.024 €/Jahr



Unterschiedliche Lastfälle

Typischer Lastfall Energiesparmotor (S1)

• Mehr oder weniger fester Betriebspunkt

Verrichtung von Widerstandsarbeit,

Arbeiten gegen Widerstandsmoment bei

fester Drehzahl

• Optimierung der Gesamtverluste (Eisen-

und ohmsche Verluste) durch gezielte

Maßnahmen (Blechschnitt, Geometrie,

Materialaustausch)

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200 250 300 350

Moment in %

Wir

ku

ng

sg

rad

in

%

0

50

100

150

200

250

300

0 500 1000 1500

Drehzahl

Moment

Ziel: Betriebspunkt im

Wirkungsgradmaximum



Unterschiedliche Lastfälle

Typische Lastfälle für Asynchronmotoren in der Stahlindustrie

• Reine Beschleunigungsarbeit (Rollgänge, Scheren) mit hoher

Überlastfähigkeit (2,5 – 3fach)

• Widerstandsarbeit bei unterschiedlichen Drehzahlen (Besäumscheren,

Treiber) mit hoher Überlastfähigkeit bei allen Drehzahlen

• Widerstandsarbeit bei konstanter Leistung über einem weiten

Drehzahlbereich (Haspel)



Lastfall Kaltrollgang

Theorie: ebenes, gerades Material; Rollen gleiche Oberflächenbeschaffenheit, ausgerichtet gleichmäßige Lastverteilung auf allen Rollen

zusätzliche Hubarbeit ist notwendig

Motor: zusätzliche Belastung

Unterschiedliche Anzahl von Rollen

tragen die gesamte Last

Motor: Teillast

Praxis: kaltes Material, verzogen und ungleichmäßig;

Rollen unterschiedlich abgenutzt

starke Lastschwankungen auf den Rollen

Bramme:

min. 1,5 x 0,8m

max. 4,9 x 4,9m

max. 25t

0 – 4,5 m/s



Lastfall Warmrollgang

Transportrollgang

Praxis: glühendes Material

gleichmäßige Lastverteilung, hohe Reibung

nach dem Walzprozess tragen viele Rollen die gesamte Last

Motor: Teillast

Arbeitsrollgang

Motor: Beschleunigungs- und Bremsmoment

Motor: Lastmoment (gleichmäßiger Anteil Last je Rolle) und zusätzliches Reibmoment

Bramme:

min. 1,5 x 0,8m

max. 4,9 x 4,9m

max. 25t

0 – 4,5 m/s

Endprodukt:

Länge max. 28m

Breite max. 5m

max. 25t



Leerlaufmoment mit Rolle

Lastmoment (Anteil Last je tragender Rolle)

Lastfall Rollgangmotore

Motorlastmomente

Lastmoment (bei maximalem Einsatzgewicht)

Beschleunigungsmoment

Hubmoment

0

50

100

150

200

250

300

0 200 400 600 800 1000

Drehzahl

Mo

me

nt

Ständig wechselnde Belastung

zwischen Minimum und Maximum

Maximum

Minimum



Lastfall Rollgangmotore

Auswirkungen auf den Wirkungsgrad

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200 250 300 350

Moment in %

Wir

ku

ng

sg

rad

in

%

0

50

100

150

200

250

300

0 200 400 600 800 1000

Drehzahl

Mo

me

nt

88,2 % 80,0 % 85,0 %

Bemessungspunkt?



Rollgangmotore

Läuferverlustleistung (bei dynamischen Vorgängen):

• entwickelte Wärmemenge durch Drehzahldifferenz zwischen Drehfeld und Läufer und der kinetischen Energie des Systems

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Anlauf

Gegenfeldbremsung

entspricht 3 Anläufen

Reversierung

entspricht 4 Anläufen

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Direkt geschaltet FU Betrieb



Energiesparmöglichkeiten bei dynamischen Antrieben

0

50

100

150

200

250

300

350

0 200 400 600 800 1000

Direkt am Netz geschaltete Motoren

austauschen

Motoren mit steiler Kennlinie geregelt

am FU einsetzen

0

50

100

150

200

250

300

350

0 200 400 600 800 1000

Drehzahl

Mo

me

nt




Sind für „Energieeffiziente Antriebe“ in jedem Fall Motoren nach neuen

IE2 oder sogar IE3 Klassen notwendig?

NEIN!

Aktuell kommen bei neuen Anlagen frequenzgeregelte

Gruppenantriebe im Rollgangsbereich zum Einsatz

Rückblick in das Jahr 2009 (8. TT)

Der Walzprozess

Die EN 50598-2

Zusammenfassung

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Gliederung

Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?)

• Das Metall wird in sogenannten “Stichen”

schrittweise durch Walzen verformt

(Stichplan)

• Ziel:

Erreichung der gewünschten

Oberflächenqualität, Materialeigen-

schaften und Dicke in der kürzesten Zeit

Energieoptimiert ?

16

Der Walzprozess


• Der Stichplan enthält alle wichtigen

Parameter zur Lenkung des Prozesses (im Prozess ermittelt)

• Die Stichplanberechnung erfolgt durch

mathematische Modelle (Vorrausberechnung der Sollwerte für die Regelung und

Adaption der Parameter)

Lastspiel für alle Antriebe

17

Der Walzprozess


Stichplan

18

Quelle ABB


Ist der optimale Stichplan auch energieoptimiert?


Der Walzprozess

Die EN 50598-2

Zusammenfassung

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Gliederung


• Festlegung der Effizienzklassen von Motorsystem und Drive Controller

• Festlegung von 8 applikationsrelevanten Betriebspunkten

• Methoden zur Ermittlung (Messungen und Berechnung) der Verluste in

den 8 Betriebspunkten eines kompletten Motorensystems und dessen

Komponenten

• Messmethoden für Drive Controller

• Verluste des Referenzmotors, des Referenz-CDM und eines Referenz-

PDSs in den festgelegten 8 Betriebspunkten.

20

Was beinhaltet die Norm EN 50598-2

CDM Complete Drive Modul PDS Power Drive System Quelle ZVEI

Ziel: Energiebedarf ihrer Anwendungen auf Basis der applikationsspezifischen

Belastungsprofile zu bestimmen


• Die Hersteller können zur Ermittlung

der zu erwartenden IES – Klasse die

fehlende Komponente des Systems

durch die Referenzkomponente der

Norm ersetzen (Ermittlungsmethode muss dokumentiert werden)

21

Bedeutung für die Hersteller der Komponenten


• Ohne verfügbagen Motor Die Norm legt dafür entsprechende Verluste eines Referenzmotors fest.

• Ohne verfügbaren Drive Controller Die Norm legt dafür entsprechende Verluste eines Referenz Complete Drive Moduls (CDM) fest

• Ohne verfügbaren Drive Controller und ohne Motor Die Norm legt dafür entsprechende Verluste eines Referenz-Power-Drive-Systems (PDS) fest

22

Was beinhaltet die Norm EN 50598-2 Varianten zur Ermittlung der Verluste eines Power-Drive-

Systems und zur Festlegung der IES-Klasse

Kennziffer: Verlustleistung, nicht der Wirkungsgrad


Bedeutung für die Anlagenbauer

23

Ermittlung der Verluste


Bedeutung für die Anlagenbauer

24

Annahme: Lastspiel aus dem Stichplan Gruppenantrieb mit 6 Rollen 3 Rollen tragen die Last 3 Rollen laufen leer 50% n nenn

Motoren: Pv = 3 * P(50:25) + 3 * P(50:100) CDM: Pv ca. 0,6 * Pnenn „P(50:50)“

Pv gesamt = Pv m + Pv CDM


0

50

100

150

200

250

300

0 200 400 600 800 1000

Drehzahl

Mo

me

nt

Beschleunigung max. Moment

Grenzen der Norm am Beispiel von Rollgangs - Gruppenantriebe

leer laufende Rolle und Last des Endproduktes

16715303

25 Eine Chance für mehr Wirtschaftlichkeit in der Stahlindustrie (?)


Der Walzprozess

Die EN 50598-2

Zusammenfassung

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Gliederung


Nutzt als Kennziffer die Verlustleistung

Bildet die Basis für die Bewertung und Vergleichbarkeit von PDS

Schafft die Möglichkeit unter Verwendung von Referenzkomponenten ein System zu bilden und zu klassifizieren

Ermöglicht die Verlustermittlung von applikationsspezifischen Belastungsprofilen bis 100% nnenn und bis 100% Pnenn mit Hilfe von 8 Referenzpunkten

27

Zusammenfassung

Die EN 50598…


Ich bedanke mich für Ihre

Aufmerksamkeit!

Dipl.-Ing. Frank Steuer

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17.09.2015 29

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Telefax: +49 351-208-1028

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Fachbereich Hochspannung

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