Norm EN 50598: Energieeffizienz mit elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinen

Die Energieeffizienz eines Antriebssystems ist deutlich entscheidender, als die Summe der Wirkungsgrade einzelner Komponenten. Dem trägt nun auch die neue Norm EN 50598 Rechnung und beschreibt in EN 50598 Teil 2, wie die Energieeffizienz eines Complete Drive Module (CDM) und eines Power Drive System (PDS, CDM + Motor) bestimmt wird. Die Normung geht damit konsequent von der Komponente in das gesamte Antriebssystem.  

Die Norm besteht aus drei Teilen:

Teil 1: Allgemeine Anforderungen zur Erstellung von Standards für energieeffiziente elektrisch angetriebene Arbeitsmaschinen mit der Methodik des erweiterten Produktansatzes (Semi-analytische Modelle (SAM)).

Beschreibt die Verantwortlichkeiten und die Aufgaben der verschiedenen Interessensgruppen die diesen Standard verwenden, sowie den dazu notwendigen Datenfluss.
 

Teil 2: Bestimmung der Verluste und Effizienzklassen  

Spezifiziert die Energieeffizienzindikatoren für Power Drive Systems, Motorstarter und Leistungselektronik (z.B. Drive Controller = Complete Drive Module (CDM)) verwendet in einer elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschine im Leistungsbereich 0,12 kW bis 1000 kW.
  • Festlegung der Effizienzklassen von Motorsystem und Drive Controller
  • Festlegung von 8 applikationsrelevanten Betriebspunkten
  • Methoden zur Ermittlung (Messungen und Berechnung) der Verluste in den 8 Betriebspunkten eines kompletten Motorensystems und dessen Komponenten 
  • Messmethoden für Drive Controller
  • Verluste des Referenzmotors, des Referenz-CDM und eines Referenz PDSs in den festgelegten 8 Betriebspunkten. 


Teil 3: Ökodesign und Umweltdeklaration; Umweltaspekte und Produktdeklaration der Antriebskomponenten von Power Drive Systems und Motorstarter.

In diesem Teil der Norm wird das Thema „Öko-Design“ und die Berücksichtigung wesentlicher Umweltaspekte beim Produktdesign von Motorsystemen (Motorstarter/Umrichter, Motor) festgelegt.

Festlegung der IE/IES-Effizienzklassen

Wirkungsgradklassen der Motoren     

Die Standardmessmethoden zur Bestimmung der Verluste und der Wirkungsgrade der Motoren sind in der IEC 60034-2 beschrieben. Die Normwerte der IE-Klassen bei 100 % Last (100 % Drehzahl, 100 % Drehmoment) für Netzbetrieb sind in der IEC 60034-30-1 festgelegt.
 

Effizienzklassen der Drive Controller

Die Effizienzklassen der Drive Controller beziehen sich auf Grund der Vermeidung von Übermodulation und der dadurch möglichen Vergleichbarkeit der unterschiedlich Drive Controller Fabrikate auf den 90/100 Betriebspunkt (100 % Drehmoment bildender Strom, 90 % Motorstatorfrequenz). Die Norm EN 50598-2 legt die relativen Verluste der Drive Controller (bezogen auf die Scheinleistung) der Effizienzklassen IE0 bis IE2 fest. Bezogen auf den Wert eines IE1-Drive Controllers (Referenz Drive Controller) hat der IE2-Drive Controller 25 % weniger, der IE0 25 % und höhere Verluste.

​Ermittlung der Verluste

Um den Mess- und Berechnungsaufwand zu vereinfachen, sind die Verluste der Antriebssysteme (Motorsysteme) und der Antriebskomponenten  Motor,  Drive Controller und Softstarter in 8 festgelegten Betriebspunkten im Drehmomenten über Drehzahl Kennlinienfeld, die alle gängigen elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschinentypen abdecken sollen (quadratischer, konstanter, linearer und hyperbolische Drehmomentenverlauf) festgelegt.

Da die Drive Controller keine Drehmomente und Drehzahl liefern, sondern Strom und Spannung am Ausgang, werden die Verluste der Drive Controller im Momentenstrom über Motorstatorfrequenz Kennlinienfeld festgelegt.

Die in den 8 Betriebspunkten ermittelten absoluten Verluste eines PDS werden durch die Addition der jeweiligen absoluten Verluste des Drive Controllers, des Motors und der zusätzlichen anfallenden Hilfseinrichtungen (z.B. Eingangsdrossel, Zwischenkreisverluste) ermittelt. 

Effizienzklassen eines Antriebsystems (PDS)

Die Effizienzklassen der Antriebssysteme beziehen sich auf 100% Last. Die Norm EN 50598-2 legt die relativen Verluste des Antriebssystems der Effizienzklassen IES0 bis IES2 fest. Bezogen auf die Verluste eines IES1 Antriebes (Referenzantrieb) hat das IES2 Antriebssystem 20 % weniger, das IES0 Antriebssystem 20 % höhere Verluste.
Die Addition der Effizienzklassen ist nicht möglich, zum Beispiel ergibt ein IE1-Drive Controller zusammen mit einem IE1-Motor nicht automatisch ein IES2-Antriebssystem! Eine höhere Zahl der IE(S)-Klasse bedeutet immer 

Verlustermittlung eines Power Drive Systems ohne verfügbaren Motor:

Für diesen Fall sind zur Berechnung der Antriebssystemverluste in den 8 Betriebspunkten in der Norm Tabellen der entsprechenden Verlusten eines Referenzmotors (3 Phasen Asynchronmotor, 4 polig der Wirkungsgradklasse IE2, bei 50Hz für Umrichtergespeisung) festgelegt.


Verlustermittlung eines Power Drive Systems  ohne verfügbaren Drive Controller:

Für diesen Fall sind zur Berechnung der Antriebssystemverluste in den 8 Betriebspunkten in der Norm Tabellen der entsprechenden Verlusten eines Referenz CDM (400V, Effizienzklasse IE1) festgelegt.