Permanentmagnet-VSD: Was der Frequenzumrichter wirklich einspart

Ein Kompressor mit fester Drehzahl läuft immer mit voller Drehzahl, selbst wenn Ihr Prozess nur 30 % Luft verlangt. Er gleicht aus, indem er den Lufteinlass öffnet und schließt, und das ist teuer: Laut dem Sourcebook des US-Energieministeriums nimmt eine Schraube im Leerlauf noch 15 bis 35 % ihrer Volllastleistung auf, ohne etwas zu erzeugen, und eine Schraube mit Ansaugdrosselregelung nimmt noch etwa 70 % auf, wenn ihre Liefermenge auf null zurückgefahren wird.

Ein Permanentmagnet-VSD (Variable Speed Drive) regelt die Motordrehzahl kontinuierlich nach dem Bedarf. Die Untergrenze hängt vom Modell ab: Laut demselben Sourcebook stoppen manche Maschinen bei etwa 20 % Drehzahl, andere gehen bereits bei 40 bis 50 % in den Leerlauf, und der Auswahlleitfaden des CAGI, des US-amerikanischen Branchenverbands für Druckluft (2022), setzt den üblichen Bereich zwischen 100 % und etwa 30 % der Kapazität an. Der Permanentmagnet-Synchronmotor (NdFeB) erreicht die höchsten Wirkungsgradklassen und hält seinen Wirkungsgrad bei niedriger Drehzahl besser als ein Asynchronmotor. Bei Volllast zählt der Unterschied in Prozentpunkten: Von 22 bis 160 kW (4-polig) fordert die Verordnung (EU) 2019/1781 93,0 bis 95,8 % in IE3 und 94,5 bis 96,6 % in IE4, also 0,8 bis 1,5 Punkte je Klasse. Der Großteil der Einsparung kommt daher von der variablen Drehzahl, also von den wegfallenden Leerlaufstunden: Die Berechnung folgt.

Annahmen, an Ihre eigenen anzupassen: ein mittlerer Bedarf von 60 % des Volumenstroms und 4.000 Betriebsstunden pro Jahr. Die ersetzte Maschine ist eine Schraube mit fester Drehzahl und Last-Leerlauf-Regelung: 60 % der Zeit unter Last bei voller Leistung, den Rest der Zeit im Leerlauf, in dem sie noch 15 bis 35 % ihrer Leistung aufnimmt (DOE-Sourcebook). Ihre mittlere Leistung beträgt also 66 bis 74 % ihrer Nennleistung. Der Frequenzumrichter wird vereinfacht mit 60 % angesetzt, proportional zum Volumenstrom: In der Praxis kostet der Wirkungsgrad von Umrichter und Motor bei Teillast die Einsparung einige Punkte.

Die Rechnung: Leistung × 4.000 h × 6 bis 14 %, also 9 bis 19 % des Verbrauchs der Schraube mit fester Drehzahl. Die oft genannte Einsparung von rund einem Drittel setzt eine andere Ausgangsmaschine voraus: Eine Schraube mit Ansaugdrosselregelung, die laut demselben Sourcebook bei null Volumenstrom noch etwa 70 % ihrer Leistung aufnimmt, verbraucht bei 60 % Volumenstrom, linear interpoliert, rund 88 %, und der Abstand zum Frequenzumrichter nähert sich dann einem Drittel. Das Ergebnis ist in Kilowattstunden: Multiplizieren Sie es mit Ihrem eigenen kWh-Preis, unserer würde Ihnen nichts sagen.

Profil A, stabile Last bei 80-100 % (Stahlindustrie, Zementwerke, Papierindustrie): Der VSD bringt wenig, eine zweistufige Maschine mit fester Drehzahl ist sinnvoller.

Profil B, mittlere Last 40-70 % mit Spitzen (Maschinenbau, Kunststoffverarbeitung, Werkstatt): Das ist der ideale Einsatzbereich des Permanentmagnet-VSD. Maximale Einsparungen.

Profil C, sehr variable Last 10-90 % (Saisonalität, versetzte Schichten): VSD unverzichtbar. Ohne ihn bezahlen Sie Luft, die Sie nicht verbrauchen.