Energieeinsparpotenzial durch Einsatz von Thyristorsteller

[plc_typ]

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Wir haben einen Kunden mit einer Anlage in der sich ein Kalander befindet. Leistung sollte ca. 70kW betragen (3P400V). Die gesamte Steuerung der Heizung ist Uralt. Aktuell ist ein kleiner Jumo Heizregler verbaut der eine Hysteresensteuerung übernimmt. Heißt also, dass die Isttemperatur um den Sollwert oszilliert. Für die Produktion ist die Regelgenauigkeit welche diese Schaltung mitbringt ausreichend - ist kein besonders anspruchsvoller Prozess. Frage ist nun: kann man durch einen Austausch der Schützschaltung hin zu einem Thyristorsteller welcher mit Phasenanschnitt arbeitet Energie einsparen?
Ich habe bereits eine Internetsuche getätigt und leider keinerlei harte Zahlen aus Anwendungsbeispielen finden können - deswegen würde mich interessieren ob hier jemand aus der Praxis berichten kann.

 

[Josupei]

Rein physikalisch betrachtet würde ich erstmal meinen, dass die Energie die du benötigst identisch sein muss und eine Schützschaltung unter Umständen sogar einen µ weniger Verlustleistung produziert als die Elektronik.
Aber vielleicht kann man die Prozesstemperatur ein wenig nach unten korrigieren, wenn man genauer regelt und dadurch Einsparungen erreichen?

 

[Larry Laffer]

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Ich denke mal, dass du ein Halbleiter-Relais anstelle des/der Schütze einbauen willst.
Eine Energie-Einsparung wirst du so nicht erreichen - die benötigte Energie (für deine Heizung) ändert sich doch dadurch nicht. Das Einzige was du einsparen wirst ist das regelmäßige Auswechseln der Schütze, deren Kontakte durch häufiges Schalten verschlissen sind. Aber das ist doch auch schon was ...

 

[plc_typ]

Ich denke mal, dass du ein Halbleiter-Relais anstelle des/der Schütze einbauen willst.

Richtig - Der Regler wird mit Halbleitertechnik arbeiten, also auch mit höheren Schaltverlusten behaftet sein.

Aber vielleicht kann man die Prozesstemperatur ein wenig nach unten korrigieren, wenn man genauer regelt und dadurch Einsparungen erreichen?

Das war auch ein Ansatz den ich hatte. Aktuell schwingt der istwert auf und ab. Nehmen wir mal an, das Schütz schaltet <140° ein und >150°aus, dann heißt das für mich, dass 140° für den Prozess ausreichend sind und man diesen Wert als Setpoint für den Thyro nehmen könnte. Dadurch sollte sich der gesamt Energiebedarf verringern. Wird aber wahrscheinlich schwierig so etwas im vorhinein zu beziffern.

 

[Blockmove]

Richtig - Der Regler wird mit Halbleitertechnik arbeiten, also auch mit höheren Schaltverlusten behaftet sein.



Das war auch ein Ansatz den ich hatte. Aktuell schwingt der istwert auf und ab. Nehmen wir mal an, das Schütz schaltet <140° ein und >150°aus, dann heißt das für mich, dass 140° für den Prozess ausreichend sind und man diesen Wert als Setpoint für den Thyro nehmen könnte. Dadurch sollte sich der gesamt Energiebedarf verringern. Wird aber wahrscheinlich schwierig so etwas im vorhinein zu beziffern.

Bei 70kW ist das schon mal kein kleiner Kalander. Also wirst du schon mal ne entsprechend große Masse haben und eine entsprechend träge Regelung. Da ist die Frage, wie die wirkliche Isttemperatur an der Oberfläche aussieht. Je nach Anwendung kommt ja auch noch Prozesswärme dazu. Es gibt Kalander, die im laufenden Prozess kaum eigene Energie brauchen. Also erstmal genau anschauen und dann betrachten, ob es sich lohnt.

 

[Nordischerjung]

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Moin,
die Frage wäre dann, wieviel Zeit benötigt die Heizung von 140 auf 150° und wie schnell kühlt sie wieder runter?

 

[rosebud]

Thyristor- (oder eher Triac-) Steller mit Phasenanschnitt: Wieviel Oberwellen verträgt euer Netz, ohne daß andere Geräte sich nicht mehr wohlfühlen?

 

[Larry Laffer]

RAktuell schwingt der istwert auf und ab. Nehmen wir mal an, das Schütz schaltet <140° ein und >150°aus, dann heißt das für mich, dass 140° für den Prozess ausreichend sind und man diesen Wert als Setpoint für den Thyro nehmen könnte. Dadurch sollte sich der gesamt Energiebedarf verringern. Wird aber wahrscheinlich schwierig so etwas im vorhinein zu beziffern.

Du kannst natürlich ohne Weiteres die Schalt-Hysterese verkleinern. Das sich dadurch der Energiebedarf ändert kann ich mir nicht vorstellen.
Wenn du aktuell auf 150 Grad aufheizt dann ausschaltest und bei 140 Grad wieder einschaltest dann vergeht dazwischen ja eine Zeit in der gar nicht geheizt wird. Verkleinerst du die Hysterese (was sicher Sinn macht) erhöhst du dadurch nur die Schalt-Häufigkeit - der "Flächeninhalt" der Einschaltkurve über die Zeit wird sich dadurch nach meiner Meinung nicht ändern ...

 

[GrauesHaar]

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Wieviel Oberwellen verträgt euer Netz, ohne daß andere Geräte sich nicht mehr wohlfühlen?

Um diese zu vermeiden, benutzt man für induktiv Lasten oft Nulldurchgangsschalter.

der "Flächeninhalt" der Einschaltkurve über die Zeit wird sich dadurch nach meiner Meinung nicht ändern ...

Doch, (zumindest ein wenig) weil die Abstrahlung im Mittel geringer ist.

 

[plc_typ]

Vorweg eine kurze Korrektur: Ich dachte dass der Kalander eine Leitung von 70kW hat, sind jedoch "nur" 55kW.

Wie Graues Haar schreibt, denke ich auch, dass sich die Leistungsaufnahme verringern sollte, da die Verluste bei konstant kleinerer Temperatur auch geringer sind. Aber vielleicht sollte man auch mal über ganz einfache Maßnahmen nachdenken wie Isolation des Öltanks. Zur Info: der Kalander hat eine Welle in welcher sich die Heizwiderstände befinden. Der Strom wird mittels Schleifringe übertragen. Die Welle ist mit Öl gefüllt und hat ein externes Reservoir. Hier müsste man mal messen auf welche Temperatur dieses kommt. Es hat jedenfalls eine große Oberfläche und damit auch Potentiell viel Verluste.

 

[Larry Laffer]

Wie Graues Haar schreibt, denke ich auch, dass sich die Leistungsaufnahme verringern sollte, da die Verluste bei konstant kleinerer Temperatur auch geringer sind.

in jedem Fall erhältst du wahrscheinlich eine bessere Regelungs-Hysterese.

Aber vielleicht sollte man auch mal über ganz einfache Maßnahmen nachdenken wie Isolation des Öltanks.

das wird auf alle Fälle etwas (oder auch etwas mehr) bringen - ich habe was das angeht bei Extruder-Schnecken sehr gute Erfahrungen gemacht.

 

[Blockmove]

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Basis von allen Optimierungen ist die Bestandsaufnahme. Mal einen Blick mit ner Wärmebildkamera draufwerfen und Energieverbrauch messen.
Abdeckungen und Rohrisolierung bringen oft mehr.
Das Beispiel @Larry Laffer kenne ich auch. Früher waren die Extruder-Heizungen offen, heute sind sie alle isoliert. Die Abwärme von Anlagen wird mit Luft-Wasser-Wärmepumpen genutzt.

 

[Botimperator]

Frage ist nun: kann man durch einen Austausch der Schützschaltung hin zu einem Thyristorsteller welcher mit Phasenanschnitt arbeitet Energie einsparen?

Ich arbeite für nen Härtereitechnik-Hersteller.
Wir haben Thyros, üblicherweise in der Größe von 20-160A, im Einsatz & dementsprechend viel Erfahrung damit.
Energieeinsparung wirst du mit einem Wechsel von Schütz auf Thyro nicht realisieren können, dafür sind die Teile auch nicht da.
Der Unterschied im Energieverbrauch zwischen einem dicken Schütt und einem Thyro ist nicht nennenswert.

Thyros schalten verschleißfrei und benötigen, ausreichend Kühlung vorausgesetzt, praktisch keine Wartung & halten fast ewig.
Zudem können diese deutlich höherfrequent schalten als ein Schütz, was die Belastung der Heizelemente verringert und eine stabilere Prozeßregelung ermöglicht.

Für die Temperaturregelung ist ein möglichst konstanter Leistungs-Input von Vorteil, statt dem Wechsel zwischen Volleistung/nichts eines Schützes.
Die Temperatur der Heizelemente (also des Heizdraht es selbst) ist immer um einiges höher als die Prozesstemperatur.
Bei unseren Härteöfen können da schon mal einige hundert Grad dazwischen liegen.
Durch die "langen" Schaltzyklen eines Schützes pendelt diese Temperatur immer um einige 100°C, was einen entsprechenden Stress für das Material bedeutet.

Als Schütz-Ersatz eignen sich nullpunktschaltende Thyros, die du vom Regler dann mit einer Zykluszeit im unteren Sekunden/Millisekundenbereich Takten kannst.
Analog angesteuerte Thyros skalieren das Analogsignal meistens auf eine bestimmte Anzahl Halbwellen & schalten am Nullpunkt ein und aus.

Nicht nullpunktschaltende Varianten benutzt man eigentlich nur wenn man zwischen Thyro und Heizung nochmal einen Traffo hat, um die Einschaltströme zu begrenzen.

Von klassischem Phasenanschnitt würd ich die Finger lassen bei allem was mehr Leistung als ein Haushaltsgerät hat.
Das macht lustige Sachen mit deinem Netz

Basis von allen Optimierungen ist die Bestandsaufnahme. Mal einen Blick mit ner Wärmebildkamera draufwerfen und Energieverbrauch messen.

Kann ich bestätigen.
Wie die Energie in den Prozess kommt ist für den Verbrauch irrelevant.
Wichtig ist wo die Energie hin geht.

Edit:
Tippfehler korrigiert.