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Energieeffizienz

Pumpenmotoren können zu Sparmeistern werden

| Autor / Redakteur: Daniel Gontermann / Matthias Back

Weil KSB seit rund 80 Jahren auch Spezialelektromotoren baut, erkannten die für die Antriebsentwicklung verantwortlichen Spezialisten das Potenzial des Synchronreluktanzmotors. Um daraus einen modernen und hocheffizienten Antrieb zu entwickeln, waren noch einige Entwicklungsschritte nötig. Den Ingenieuren von KSB gelang es schließlich, den Motor in einer Serienproduktion zu fertigen.

Synchronreluktanzmotor: Der Schlupf ist weg

Im Jahr 2009 präsentierte der Pumpenhersteller KSB den Synchronreluktanzmotor erstmals auf der Hannover-Messe (Bild 4). Der Fachwelt galt es dabei zunächst den Unterschied zum konventionellen Asynchronmotor zu vermitteln. Dieser besteht zunächst darin, dass der Rotor sich synchron mit dem Drehfeld des speisenden Netzes dreht. Beim Synchronreluktanzmotor kommt die Drehbewegung dadurch zustande, dass sich normales Eisenblech in einem Magnetfeld von Natur aus so ausrichtet, dass der magnetische Kreis den geringstmöglichen Widerstand hat. Abhängig von der Last stellt sich dabei ein entsprechender Polradwinkel ein. Damit der Rotor synchron zu dem im Stator umlaufenden Magnetfeld dreht, sind die Bestimmung der Rotorlage sowie ein Betrieb am Frequenzumrichter mit entsprechendem Ansteuerverfahren die notwendigen Voraussetzungen. Bei KSB-Pumpenmotoren wird die Rotorlage durch den Frequenzumrichter Pumpdrive indirekt über die elektrischen Werte der dreiphasigen Wicklung bestimmt. Da der Rotor auch keine Kurzschluss- oder Erregerwicklung zum Betrieb benötigt, treten dort fast keine Verluste auf.

Der Begriff Synchronmotor bedeutet, dass der Elektromotor synchron mit der Speisefrequenz läuft. Ein vierpoliger Motor dreht somit bei 50 Hz mit 1500 min–1. Um 3000 min–1 zu erreichen, erzeugt der KSB-Umrichter die doppelte Ausgangsfrequenz. Der seit Jahrzehnten für den Antrieb von Pumpen gebräuchliche Asynchronmotor (Bild 5) läuft vereinfacht ausgedrückt mit einer lastabhängigen Drehzahlabweichung (Schlupf), sodass die Nenndrehzahl für vierpolige Motoren bei 50 Hz nicht exakt 1500, sondern zum Beispiel 1450 min–1 beträgt. Beim Reluktanz-Synchronmotor ist die Drehzahl nicht lastabhängig und kann bis 4200 min–1 variiert werden. Diese Präzision bietet den Vorteil, dass der Förderstrom mit ausreichender Genauigkeit rein über Drehzahl und Leistung ermittelt werden kann.

Rotor des Elektromotors aus Eisen und Luft

Das augenfälligste Merkmal des Motors ist der Rotorkörper aus gestanzten Blechen, die in großer Anzahl gestapelt auf eine Welle geschoben sind (Bild 6). Längs des Umfangs weist der Rotor gestanzte Aussparungen auf, die einen stark schwankenden magnetischen Widerstand bewirken. Diese Führung gibt dem Rotor im Statorfeld eine Vorzugsrichtung und folgt dessen Drehbewegung. Das patentierte Konstruktionsprinzip des Synchronreluktanzmotors bewirkt einen niedrigen Geräuschpegel, reduziert die Drehmomentwelligkeit und sorgt damit insgesamt für Laufruhe.

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