It's OWL-TT-ELSBe - Effiziente leistungselektronische Schaltung zur Nutzung von Bremsenergie

Die Steigerung der Energieeffizienz ist seit jeher eins der wichtigsten Ziele bei der Entwicklung von Leistungselektronik. Auch im Bereich der industriellen Antriebstechnik werden Energielabels immer bedeutender, so dass im verstärkten Maße auf Wirkungsgrade der Antriebskomponenten, beispielsweise Energieeffizienzklassen bei Motoren, geachtet wird. Ein großes, häufig nicht beachtetes Potential steckt in der Nutzung von Energie, die beim Abbremsen von Antrieben freigesetzt wird. Durch Antriebskomponenten mit höheren Wirkungsgraden fließt ein großer Teil dieser Energie zurück in den Zwischenkreis des Frequenzumrichters und wird dann in den meisten Fällen in Bremswiderständen verheizt. Dieses Verfahren ist nicht nur aus ökologischen und energetischen Gesichtspunkten fragwürdig, sondern sorgt häufig auch für zusätzlichen Aufwand bei der Entwärmung der Bremswiderstände, beispielsweise bei Regalbedingeräten in Kühlhäusern. Bereits seit vielen Jahren existieren sogenannte (Active Front End) AFE-Stromrichter, die als bidirektionaler Stromrichter zwischen Netz und Zwischenkreis geschaltet werden. Vorteilhaft ist die nahezu sinusförmige Stromaufnahme, weswegen der AFE-Stromrichter auch als „netzfreundlicher Gleichrichter“ bezeichnet wird, sowie die Rückspeisefähigkeit von Bremsenergie. Nachteilig ist der höhere Kosten- und Bauraumaufwand, sowie ein schlechterer Wirkungsgrad im Gleichrichterbetrieb, verglichen mit ungesteuerten Gleichrichtern.

In Zusammenarbeit mit den Firmen Lenze (Groß Berkel) und MSF Vathauer (Detmold) wurde 2010 das vom BMBF geförderte Projekt „E-DEAL“ initiiert, das sich zur Aufgabe gemacht hat ein neuartiges Rückspeisekonzept zu erforschen, welches nur für die tatsächlich auftretende Rückspeiseenergie ausgelegt werden muss. Ein in der Arbeitsgruppe Leistungselektronik und elektrische Antriebe entwickelte Stromrichter lässt sich über den Zwischenkreis oder die für den Bremswiderstand gedachten Anschlüsse mit dem Frequenzumrichter verbinden und verhält sich aus Sicht des Frequenzumrichters ähnlich wie ein Bremswiderstand. Durch die Entkopplung von Ein- und Rückspeisestromrichter kann der im Standard-Frequenzumrichter vorhandene ungesteuerte Gleichrichter weiterhin verwendet werden und der Rückspeisestromrichter ist nur dann aktiv, wenn tatsächlich Bremsenergie auftritt. Die prototypische Umsetzung der Schaltung erfolgte in mehreren studentischen Abschlussarbeiten mit Unterstützung von Lenze und MSF Vathauer.

Als Ergebnis konnte MSF Vathauer auf der Hannover Messe 2014 sein „Energy-Recovery-System ERS“ mit großem Erfolg dem Fachpublikum vorführen. Kurze Zeit später stellte auch Lenze das Konzept auf der SPS IPC Drives 2014 in Nürnberg vor [HER 14]. Im Dezember 2014 wurde die Zusammenarbeit der Firmen mit dem LLA mit dem Transferpreis OWL ausgezeichnet.