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Oct 28, 2023

5 Motor-Grundlagen für nachhaltige Pumpenanwendungen

Die zunehmende Urbanisierung, Industrialisierung und industrielle Nutzung treiben das Wachstum im Wasserpumpenmarkt voran. Neue Entwicklungen im Industriesektor, insbesondere im Energie- und Energiebereich, sowie

Die zunehmende Urbanisierung, Industrialisierung und industrielle Nutzung treiben das Wachstum im Wasserpumpenmarkt voran. Neue Entwicklungen im Industriesektor, insbesondere in der Energie- und Energiewirtschaft sowie in der Landwirtschaft, haben die Nachfrage nach Wasserpumpen deutlich erhöht.

Gleichzeitig treiben neu auftretende Schadstoffe, Empfehlungen und Vorschriften der Environmental Protection Agency (EPA) die Notwendigkeit voran, saubereres Wasser von höherer Qualität auf nachhaltigere Weise zu produzieren. Es wird erwartet, dass die Entwicklung der Wasserrecyclingindustrie in den kommenden Jahren auch ein erhebliches Wachstum für die Teilnehmer am Wasserpumpenmarkt bewirken wird.

Da der Pumpenmarkt weiter wächst und immer mehr Energie benötigt wird, um immer mehr Wasser- und Abwassersysteme anzutreiben, werden Effizienz und Zuverlässigkeit zu besonders wichtigen Kriterien im Pumpenbetrieb. Durch eine Kombination aus Regulierung und Innovation verbessern sich die Effizienz und Energieeinsparungen von Elektromotoren, die Pumpen antreiben, indem sie kinetische oder Rotationsenergie in hydrodynamische Energie für den Flüssigkeitsfluss umwandeln.

Eine neue Generation kleinerer, leichterer, leiserer und effizienterer Motoren wird in Pumpen für Wasser/Abwasser sowie in anderen Anwendungen in den Bereichen Landwirtschaft, Lebensmittel und Getränke sowie Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HLK) eingesetzt. Zu den Vorteilen gehören unter anderem ein geringerer Energiebedarf, weniger mechanische Belastung und weniger Wartungsprobleme. Im Folgenden sind fünf wesentliche Punkte aufgeführt, um die Effizienz und Leistung von Motoren für Pumpensysteme zu verbessern.

Ein Frequenzumrichter (VFD) steuert die Drehzahl eines Motors, indem er seinen eigenen Wechselstrom (AC) erzeugt und letztendlich die dem Motor zugeführte Wechselstromfrequenz steuert. VFDs sorgen auch für Energieeinsparungen. Eine aktuelle Studie der Cadeo Group bestätigte die erwarteten Energieeinsparungen von Systemen mit variabler Geschwindigkeit und schätzte die Energieeinsparungen auf zwischen 19 % und 55 %, wobei es aufgrund der Arbeitsbelastung zu Schwankungen kommen kann.

Wenn ein Wechselstrommotor zum ersten Mal mit Strom versorgt wird, um eine Pumpe anzutreiben, ist er anfällig für einen großen elektrischen Stromfluss, der den stationären Stromwert übersteigt (d. h. Einschaltstrom). Einige Motorkonstruktionen lösen dieses Problem mit einem Sanftanlasser, beispielsweise einem Sanftanlasser mit reduzierter Spannung (RVSS). Da ein Frequenzumrichter die Hochlaufzeit des Motors auf die volle Drehzahl steuern kann, kann er auch Einschaltströme minimieren, ohne dass die Gefahr von übermäßigem Motorschlupf und Motorüberhitzung besteht, die bei Softstartern häufig auftreten.

Geräusche und andere mechanische Indikatoren können auf ungewöhnliche Bedingungen oder Systemineffizienzen hinweisen, die eine Wartung erfordern. Lärm kann durch eine Reihe von Faktoren verursacht werden, darunter ungewöhnliche Belastung, falsche Montage oder Brinelling.

Motoren mit Statoren auf Leiterplatten (PCB) können zwei häufige Probleme bei Elektromotoren beseitigen: akustische Geräusche und Drehmomentwelligkeit. Da zwischen Rotor und Stator keine normalen magnetischen Kräfte wirken, bieten diese Motoren ein geringes akustisches Geräusch. Dies führt über den gesamten Frequenzbereich zu einem durchschnittlich um 3 Dezibel (dB) geringeren Schallleistungsgeräusch.

Synchrone Axialfluss-Permanentmagnetmotoren (PM) beseitigen auch Kernverluste und Wirbelstromverluste im Rotor. Das Fehlen magnetischer Kräfte zwischen Rotor und Stator bedeutet kein Rastmoment, weniger Vibrationen und damit weniger Lärm (und weniger Wartungsprobleme).

Kompakte Motoren können im Pumpenbetrieb viele Vorteile bieten. Sie erfordern oft weniger Stützkonstruktionen, was die Kosten für die Pumpenentwicklung und -installation weiter senkt.

Für kleine Produktions- oder Verarbeitungsanlagen können in eine Pumpe integrierte kompakte Motorsysteme wertvollen Anlagenraum freigeben, indem sie eine typische verpackte Pumpen-Skid-Lösung nutzen und deren Stellfläche um 50 % reduzieren. Ein direkt an einem Motor montierter VFD kann im Vergleich zu herkömmlichen Motor-plus-VFD-Installationen für Pumpensysteme auch Platzeinsparungen bieten und weniger Verkabelung erfordern. Dies kann zu Kosteneinsparungen führen und ein besser verwaltbares System an Integratoren und Pumpen-OEMs übergeben, die nach Lösungen für kleinere Anlagen suchen.

Viele Endbenutzer von Pumpen mit fester Drehzahl erkennen die Vorteile der Ergänzung ihrer Pumpensysteme durch einen Frequenzumrichter mit variabler Drehzahl. Pumpensysteme mit variabler Geschwindigkeit ermöglichen es Benutzern, die Geschwindigkeit der Pumpe zu steuern, anstatt Ventile an den Bedarf anzupassen. Dies reduziert den Energieverbrauch und die mechanische Belastung des Systems. Ein häufiges Hindernis für diese Betreiber sind jedoch die Kosten, die mit der Installation eines herkömmlichen Frequenzumrichters verbunden sind. Sie berichten, dass die Kosten für den Betrieb zusätzlicher Leitungen und die Beauftragung zertifizierter Ingenieure für die Installation und Inbetriebnahme des Antriebs die energetischen und mechanischen Vorteile überwiegen können. Kompakte Motorsysteme mit integrierten VFDs lösen dieses Problem, indem sie den VFD eng mit dem Motor/der Pumpe koppeln, sodass Endbenutzer von den Vorteilen ohne überflüssige Kosten profitieren können.

Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen sind kritische Infrastrukturen, daher ist ein Ausfall keine Option.

Motoren mit PCB-Statortechnologie sind aufgrund der geringeren Drehmomentwelligkeit, Vibration und Ermüdung zuverlässig. Die Verwendung von Lagern auf der Antriebsseite nach dem National Electrical Manufacturers Association (NEMA)-Standard und übergroßen Lagern auf der Nicht-Antriebsseite bietet außerdem zusätzliche Haltbarkeit und Zuverlässigkeit.

Motoren, die den International Efficiency (IE)4- und IE5-Standards entsprechen, bieten einige der höchsten Effizienzniveaus und können Pumpen-OEMs dabei helfen, den Energiebedarf zu decken und aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Wire-to-Water-Effizienz zu maximieren.

Motorsysteme mit eingebetteter Internet-of-Things-Technologie (IoT) können so programmiert werden, dass sie wertvolle Leistungsanalysen in Echtzeit liefern, die Ihre Betriebszeit und Effizienz verbessern können. In der Landwirtschaft können Landwirte beispielsweise die Pumpen zur Bewässerung effizient steuern und so das Wasser auf ihren Farmen intelligent verteilen und gleichzeitig den Energieverbrauch senken und steigenden Betriebskosten entgegenwirken.

MODBUS-Steuerungsfunktionen können verwendet werden, um Informationen wie Geschwindigkeit und Leistung an einen Systemcontroller zurückzuleiten. Diese Daten können verwendet werden, um den Druck und Durchfluss einer Pumpe zu bestimmen und es dem System zu ermöglichen, die Leistung nach Bedarf anzupassen.

Mit dieser Fähigkeit können mechanische Funktionen wie Steuerventile, Durchflussmesser und Druckmessgeräte aus dem System eliminiert werden, wodurch Installationskosten gespart und die Betriebseffizienz weiter verbessert werden. VFDs können auch Temperatur- und Vibrationswerte übertragen, sodass Facility Manager und Betreiber verwertbarere Erkenntnisse für die vorbeugende Wartung erhalten.

Fortschrittliche Motoren spielen eine größere Rolle, da Pumpenhersteller einen nachhaltigeren Betrieb anstreben. Fünf wesentliche Faktoren, darunter ein VFD, geringer Platzbedarf, geringe Geräuschentwicklung, Steuerbarkeit und die Einhaltung der höchsten Industriestandards, können zu einem effizienteren und leistungsfähigeren Pumpenbetrieb beitragen.

Die Verwendung von Motoren, die diese Kriterien erfüllen, kann zu einem geringeren Energiebedarf, weniger mechanischer Beanspruchung und weniger Wartungsproblemen über die Lebensdauer des Pumpensystems führen, was insgesamt zu einer Verbesserung für Pumpenbetreiber und den Planeten führt.

Anthony Lou ist Senior Business Development Manager bei Infinitum Electric. Er kann unter [email protected] erreicht werden. Weitere Informationen finden Sie unter www.infinitumelectric.com.