Drehmoment zur Leistungsberechnung verwenden

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Thomas_v2.1

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Hallo,

zwecks Energieoptimierung würde ich gerne die aktuelle Motorleistung erfassen. Es ist an einer älteren Anlage mit Danfoss VLT 3125 Frequenzumrichtern an denen 75 kW Kreiselpumpen betrieben werden. Es existieren nur zwei Analoge Rückmeldungen 4-20 mA, über die aktuell die Istfrequenz und der Strom übermittelt werden. Mit dem Motorstrom kann ich zur Leistungsberechnung nichts anfangen, und leider kann ich bei diesem alten VLT nicht direkt die Leistung auf den Analogausgang legen. Ich kann mir aber angeblich die Drehmomentanzeige (in %) auf einen Analogausgang legen.

Meine Idee wäre dann, dass ich mir diesen Drehmoment anstelle des Stroms übertragen lasse, dann aus der Istfrequenz mit abgeschätztem Schlupf die Motordrehzahl berechne, und dann mit P=M*n/9,55 die an der Motorwelle abgegebene Leistung berechne.

Hat jemand Erfahrung mit der Genauigkeit bei dieser Berechnung gemacht? Der Frequenzumrichter wird das Drehmoment wohl auch nur durch ein internes Modell abschätzen.
 
Erfahrungen nein.
Aber ich find den ANsatz erstmal nicht schlecht. Im Prinzip rechnest Du mehr oder minder gut das FU-interne Modell wieder rückwärts.
Alternativ könnte man aber auch einen Austausch des 3125 gegen einen FC-202 in Erwägung ziehen. Außer einem insgesamt geringeren Eigenverbrauch bietet der auch direkt die angefragten Daten.
Je nach Drehmomentlastfall bietet der dann noch eine automatische Energieoptimierung, die im Teillastfall die Motorspannung noch unter das quadratische Modell reduziert.

PS: Bei der Anfrage bei dem Danfoss-Partner Deines Vertrauens aber unbedingt die 75kW-Pumpe erwähnen und nicht nur den 3125.
 
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Hallo,
läuft der FU mit U/f-Kennlinie?
Dann ließe sich theoretisch die Spannung über die Kennlinie aus der Frequenz ermitteln und die Leistung sich dann aus Strom und Spannung berechnen.
 
Aufgrund der hohen Energiepreise ist jetzt zwar die Bereitschaft da, etwas zu optimieren. Aufgrund der Lieferprobleme ist das aber nicht ganz so einfach. Darum kam die Idee auf etwas an der Pumpenregelung zu optimieren, um da nicht ganz im Trüben zu fischen hätte ich da eben ein paar Daten mehr erfasst, um einen Vergleich vorher / nachher zu haben.

Quadratische Kennlinie sollte hoffentlich eingestellt sein. Der 3125 besitzt zudem drei verschiedene Verläufe der quadratischen U/f Kennlinie, die sich aber nicht sonderlich voneinander unterscheiden. Das könnte man bei einer vorhandenen Leistung auch noch einmal prüfen, ob sich damit etwas einsparen lässt.

Die Idee des Kunden war, mit Anpassung der Pumpenregelung da viel einsparen zu können. Aber ich glaube nicht, dass da so viel zu holen ist. Es ist ein offenes System, es laufen maximal 3 Pumpen gestaffelt höhenstandsgeregelt. Aktuell fahren alle aktiven Pumpen mit der gleichen Drehzahl wenn mehrere in Betrieb sind. Laut meinen Informationen verringert sich der Pumpenwirkungsgrad nur sehr gering, bei Drehzahlanpassung.
 
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Der fc202 hat eine integrierte Kaskade für eine geregelte plus zwei ungeregelte pumpen.
ALternativ gibts die Kaskaden Optuon, die mehrere geregelte erlaubt.
Ich glaub, die Anwendung hat tatsächlich Optimierungspotential.
 
Über Spannung und Strom bei U/f wirds auch ungenau - z.B. wie ist bei (Teil-)Last der cosPHI?
Über M*Omega bist Du vom Motormodell abhängig - also werden das auch einige Prozent an Ungenauigkeit werden (vielleicht gibt es von Danfoss auch Angaben zur Drehmomentgenauigkeit wie beim Sinamics).

Am besten: netzseitiges Sentron PAC4200 das auch bei nichtsinusförmigen Strömen korrekt misst. Nur zur Info: Beim einer Sinamics ALM habe ich mal die aufgenommene Energiemessung mit einem Sentron PAC verglichen- da war die Abweichung im Promillebereich. Das ist hier aber nicht vergleichbar, da ich kaum glaube dass hier Danfoss ein komplettes Netzmodell mitechnet(?)
 
Die Ausgabe des Moments und die Rückrechnung halte ich mit dem gegebenen Umrichter für die genaueste Option, da hier direkt Strom und Motorspannung einfliessen.

Ich würde aber über eine echte Kaskade nachdenken, falls es der Prozess hergibt.
In meinem Kopf ist ein ASM bei 50Hz im Netzbetrieb effektiver als im Teillastbeteich mit Fu mehrere Pumpen parallel.
Wie genau die Messung letztendlich ist, halte ich für unerheblich. Entscheidender ist das gleiche Messkonzept an allen Pumpen und die Reproduzierbarkeit. Das gilt natürlich für den Praktiker.
Ein Bleistifttäter hat eher Genauigkeitsprämissen.


PS: Eine Kaskade kannst Du natürlich auch plc seitig realisieren.
 
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Eine netzseitige Leistungsmessung ist wohl schon beauftragt, aber auch hier ergeben sich lange Verzögerungszeiten. Darum wollte ich prüfen ob man nicht mit der gegebenen Hardware schon etwas berechnen kann, was nicht völlig an der Realität vorbeiläuft.

Kaskade in den FUs benötige ich nicht, da ich alle Pumpen einzeln über die SPS ansteuern kann. Laut der Danfoss Beschreibung zur Kaskaden-Option, übernimmt dort eine Pumpe die Führung, und alle anderen laufen mit Max.-Drehzahl. Ich habe schon versucht dazu Informationen zu bekommen, was bei Parallelbetrieb mehrerer Pumpen die in eine Rohrleitung fördern besser ist. In manchen Dokumenten wird beschrieben, dass es besser wäre alle mit gleicher Drehzahl zu betreiben, jedoch ohne nähere Erläuterung im Detail warum. Eine Pumpenkennline im Auslegungspunkt liegt mir vor, nur die geodätische Förderhöhe habe ich noch nicht. Sonst könnte ich zumindest die vermutlich zur Auslegung herangezogene Anlagenkennlinie einzeichnen.
 
Naja ich hab mich mit dem Thema auch schon länger auseinander gesetzt.
Eine genaue Aufnahme der Istleistung an einem FU ist nicht simpel.
Aufgrund der Wellenform bringt ein einfacher Leistungsmesser (z.B. Siemens Pac3200) auch nur einen ungefähren Wert.
Die Stromanzeige des PAC lag etwa 5% unter der Stromanzeige des FU (G120).
Ich denk mal, dass die Auswertung über Drehmoment und Drehzahl für eine Optimierung aussagekräftig genug ist.

Und bloß nicht auf die Versprechen der Motorhersteller "reinfallen".
Nach einem Defekt hab ich an einer Hydraulikpumpe einen 25 Jahre alten 5,5kW Motor gegen einen modernen IE4-Motor getauscht.
Im Teillastbetrieb braucht der IE4-Motor mehr als Uraltmotor
:(
 
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Rückschlagklappen sind natürlich an jeder Pumpe vorhanden. Durch die gemeinsame Rohrleitung ist das ja zwingend notwendig. Darum ist die Anlagenkennlinie auch nicht ganz so einfach zu berechnen, wenn mehrere Pumpen mit unterschiedlichen Drehzahlen laufen. Da das softwaretechnisch relativ einfach abzuändern ist, würde ich nämlich ohne lange theoretische Rechnungen aufstellen zu wollen, einfach mal eine Leistungsmessung bei Regelung mit gleichem Sollwert für alle Pumpen machen, und ein anderes Mal mit Regelung von nur einer Pumpe und die restlichen auf Max. halten.
 
Blockmove schrieb:
Nach einem Defekt hab ich an einer Hydraulikpumpe einen 25 Jahre alten 5,5kW Motor gegen einen modernen IE4-Motor getauscht.
Im Teillastbetrieb braucht der IE4-Motor mehr als Uraltmotor
:(
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Wobei es da auch von der Regelung abhängig ist. Die IE4 Motoren haben weniger Schlupf, und wenn das nicht entsprechend in die Regelung mit eingeht, dann dreht der Motor eben schneller und nimmt auch etwas mehr Leistung auf.
 
Thomas_v2.1 schrieb:
Wobei es da auch von der Regelung abhängig ist. Die IE4 Motoren haben weniger Schlupf, und wenn das nicht entsprechend in die Regelung mit eingeht, dann dreht der Motor eben schneller und nimmt auch etwas mehr Leistung auf.
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Das mit dem Schlupf stimmt natürlich.
Aber auf der anderen Seite habe ich die Motordaten im G120 eingetragen und eine Motoridentifikation durchlaufen lassen.
Daher vermute ich mal, dass die Drehzahl vom G120 schon angepasst wurde. Aber gemessen habe ich sie nicht.
Bei Nenndrehzahl hat der IE4-Motor auch deutlich weniger verbraucht. Daher war ich ja vom Unterschied bei Teillast so überrascht.
 
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Thomas_v2.1 schrieb:
Aufgrund der Lieferprobleme ist das aber nicht ganz so einfach.
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In IP20 hätte ein 75kW FC202 ca einen Monat LZ.
Ein IP55 Gerät ungefähr eineinhalb. Solange dauert allein schon die Umplanung ;)

Natürlich ohne Feldbusoptionen. Die dauern gewöhnlich länger. Aber aktuell hätte ich noch mehrere Profinetoptionen verfügbar.
 
Ich habe nur in Erinnerung, dass wir Anfang des Jahres mal einen 22 kW FU angefragt haben, der dann bei ca. einem halben Jahr Lieferzeit lag. Das ist bei anderen Herstellern ähnlich gewesen.

Aber eventuell könnte man auch mit den bestehenden FUs den Wirkungsgrad erhöhen, in dem man bei Betrieb von mehreren Pumpen nur eine geregelt fährt. Dann fällt die schlechtere Optimierung im Teillastbereich im Vergleich zum FC202 nur bei einer Pumpe ins Gewicht. Optimierung des Arbeitspunktes der Pumpe dann mal außen vor gelassen.

Wozu ich auch keine verlässlichen Daten bekomme, ist die Leistungsaufnahme eines FU im Stand-By Betrieb. Aktuell bleiben die FUs immer am Netz. Es laufen auf jeden Fall maximal 3 von 4 Pumpen, d.h. eine ist immer im Standby, und es würde auch nicht stören wenn die bei Anforderung 20-30s zum Hochlaufen benötigt.
 
Thomas_v2.1 schrieb:
Aber eventuell könnte man auch mit den bestehenden FUs den Wirkungsgrad erhöhen, in dem man bei Betrieb von mehreren Pumpen nur eine geregelt fährt.
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Da wollte ich hin. Das entspricht der betriebsweise der integrierten Kaskade im 202.
Die Fullspeed-Pumpen werden dann statt FU über Softstarter mit integriertem Bypass angesteuert. (Oder Stern-Dreieck übergangsweise, wenn die Lieferzeiten zu lang sind).

Das hängt aber vom Prozessschema bei Dir ab, ob das so geht. Die große Kaskade kann übrigens auch die geregelte Pumpe wechseln bzw. mit mehreren VSD umgehen, setzt aber wieder mehere FU voraus.
 
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Thomas_v2.1 schrieb:
Wozu ich auch keine verlässlichen Daten bekomme, ist die Leistungsaufnahme eines FU im Stand-By Betrieb.
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Liegt bei einem Danfoss FC so circa bei unter 20W. Wenn der Ventialator anspringt etwas mehr.
Der 3000er wird etwas mehr brauchen. Der ganze interne Firlefanz wird damals noch nicht so effizient gewesen sein. Ein DC-Schütz war da auch noch drin zur Überbrückung des Vorladewiderstands.
 
Der einzige Nachteil den ich bei der Kaskade mit einer geregelten und n starren Pumpen immer sehe, dass es evtl. Totbereiche gibt die sich regelungstechnisch damit nicht anfahren lassen. Beispielsweise weil die Pumpe nicht bis auf Null-Fördermenge heruntergeregelt werden kann. Dann habe ich später evtl. viele Schaltspiele, oder bin bei einer Höhenstandsregelung nicht immer im für die Pumpe optimalen Bereich der Förderhöhe.

20 Watt im Standby wären ja wirklich wenig, ich meine ein Kunde hatte einmal bei einem 11 kW FU gemessen, da waren es etwas um die 700 Watt. Das Messverfahren ist mir aber unbekannt.
 
Standby, also ohne irgendwas, mit DC-Quelle auf 600V geladen.
Die DC-Quelle zeigt dabei sowas um 20...30mA an. Lass es an AC etwas mehr sein durch die Filterkondensatoren. Aber das ist ja Blindleistung.

Unter Nennlast hast Du so ca. <2%, also am 75kW-Drive so 1,5kW.
 
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