Energiezuinig volgens klasse IE5+: Compacte permanentmagneet-synchrone motor breidt regelbereik uit en vermindert de totale eigendomskosten

LEWA ecodos LED3 met PMSM (Bron: LEWA GmbH) / LEWA ecodos LED3 with PMSM (Bron: LEWA GmbH)

De nieuw aan het portfolio toegevoegde PMSM's kenmerken zich onder andere door een regelbereik van 1:200, waardoor met dezelfde aandrijving of pomp een groter toepassingsgebied kan worden gedekt. (Bron: LEWA GmbH)

De PMSM heeft bovendien een constant koppel, d.w.z. het volledige koppel kan bij een snelheid van 0 U/min worden opgevraagd. Hierdoor wordt een bijzonder soepele en productvriendelijke opstart van het systeem verzekerd, omdat elk proces kan worden gestart met een transportvermogen van 1 procent in plaats van de gebruikelijke 10 procent. (Voorbeeld: Dosering van omega-3 vetzuren bij de productie van babyvoeding) (Bron: Adobe Stock)

Het constante moment van de PMSM maakt, in tegenstelling tot de weergegeven ASM, continu bedrijf bij lage toerentallen mogelijk. Een overdimensionering voor het benodigde startmoment van de pomp is vanwege de hoge overspanningscapaciteit van de PSMS overbodig geworden. (Bron: LEWA GmbH)

In tegenstelling tot de weergegeven ASMs, maakt het constante koppel van de PMSM continue werking bij lage snelheden mogelijk. Het overschieten voor het benodigde startkoppel van de pomp is overbodig geworden dankzij de hoge overbelastingscapaciteit van de PMSM. (Bron: LEWA GmbH)

Net als de inductiemotor kan de PMSM worden aangestuurd via een standaard frequentieomvormer (NORD, Danfoss, etc.) met speciale parametrisering, zodat gebruikers kunnen terugvallen op gangbare onderdelen. (Bron: Getriebebau NORD GmbH & Co. KG)

Ook decentrale oplossingen waarbij de frequentieregelaar direct op de PMSM is gemonteerd, zijn al mogelijk met de door LEWA geselecteerde PMSM. (Bron: Getriebebau NORD GmbH & Co. KG)

Ook decentrale oplossingen waarbij de frequentieregelaar direct op de PMSM is geïnstalleerd, zijn al mogelijk met de door LEWA geselecteerde PMSM. (Bron: Getriebebau NORD GmbH & Co. KG)

Al in 2020 voerde LEWA eerste functionele tests uit met het NORD PMSM-prototype en een ecodos-pomp op de pompen testbank. Vooral in het lagere toerentalbereik kon de PMSM zijn voordelen van constant koppel succesvol bewijzen: de ecodos-testpomp kon worden bedreven in een bereik van 1:480 tot 5 bar. (Bron: LEWA GmbH)

In veel toepassingen, bijvoorbeeld bij het doseren van ingrediënten in de farmaceutische of levensmiddelenindustrie, zijn pompen vereist die niet alleen nauwkeurig te regelen zijn qua transporthoeveelheid en -periode, maar die de ingrediënten ook op een bijzonder zachte wijze transporteren. Om de beproefde pompgroepen uit de ecodos-serie van LEWA GmbH deze veeleisende taak in de toekomst nog flexibeler en energie-efficiënter te laten vervullen, breidt de fabrikant zijn portfolio uit met een nieuwe vorm van breedbereikssnelheidsregeling (WBR). Naast asynchrone motoren en servomotoren worden nu ook permanentmagnet-synchronmotoren, kortweg PMSM, ingezet. Ze kenmerken zich door een hoge energie-efficiëntie en een regelbereik groter dan 1:200. Hierdoor wordt het toepassingsgebied aanzienlijk uitgebreid. Een gebruik van meerdere pompen voor verschillende transporthoeveelheden of een overdimensionering van asynchrone motoren bij lage toerentallen kan hier worden vermeden. Omdat de PMSM luchtloos kan worden ontworpen, blijft hij compact en gemakkelijk schoon te maken. Dit laatste maakt hem geschikt voor hygiënische toepassingen. Het hoge rendement over het volledige regelbereik volgens energie-efficiëntieklasse IE5+ verlaagt bovendien de energiekosten en zorgt daarmee voor een lagere Total Cost of Ownership (TCO).

Membran-doseringpompen uit de LEWA ecodos-serie zijn bijzonder geschikt voor toepassingen in de voedingsmiddelen- of farmaceutische industrie. Alle in de pompgroepen gebruikte, vloeistofdoorvoerende materialen voldoen aan de eisen van FDA, USP-klasse VI, en de EU-richtlijnen voor de voedingsmiddelenindustrie. Zo wordt de pomphuis in de hygiënische variant bijvoorbeeld gemaakt van PP of geëlektropolijst roestvrij staal met een oppervlakteruwheid < 0,5 µm. Dit vergemakkelijkt het reinigen van de productcontactoppervlakken.

Bij de tot nu toe gebruikte motortechnologieën moeten concessies worden gedaan: "Bij klassieke asynchrone motoren, waarvan de rotor uit een kortsluitloper bestaat, blijft het regelbereik beperkt tot 1:10 (1:50 is in uitzonderingsgevallen mogelijk). Met een encoderfeedback is een aanzienlijke uitbreiding mogelijk," aldus Maurice Wirkner, Application Manager bij LEWA. "Bovendien is de aandrijving buiten het nominale toerental – vooral bij lage toerentallen – relatief inefficiënt. Dit vereist een overdimensionering van de aandrijving en verhoogt daarmee de bedrijfskosten." Servomotoren zijn weliswaar geoptimaliseerd voor hoogdynamische eisen en dekken ook het volledige regelbereik (1-210 pompbewegingen). Ze zijn echter duurder in aanschaf en vereisen bovendien een servoregelaar voor de besturing.

WBR met permanentmagnet-synchronmotor breidt toepassingsgebied uit

LEWA heeft het eigen portfolio nu uitgebreid met een aandrijftechnologie die deze nadelen niet vertoont. "In tegenstelling tot de asynchrone motor bestaat de rotor van deze aandrijving uit permanente magneten en draait hij synchron, dus zonder lastafhankelijk slip," legt Wirkner uit. "Hij onderscheidt zich onder andere door zijn extreem grote regelbereik, wat het gebruik van meerdere pompen voor verschillende transporthoeveelheden vaak overbodig maakt." Daarbij kan vooral bij meervoudige pompen worden afgezien van een extra handbediening (HHV) of elektrische bedieningsverstelling (EHV), en wordt de benodigde volumestroom alleen gerealiseerd door de snelheidsregeling. De PMSM heeft bovendien een constant koppel. Het volledige koppel kan dus worden benut vanaf de motor-snelheid 0 U/min (stilstand) tot de nominale snelheid van de motor. Zo wordt een bijzonder zachte en productvriendelijke start van het systeem gegarandeerd, omdat elk proces kan worden gestart met een transportvermogen van 1 procent in plaats van de gebruikelijke 10 procent.

Ook een hoge kortstondige overbelasting is mogelijk, wat een aandrijflayout zonder overdimensionering voor het startkoppel mogelijk maakt. Daardoor kunnen kleinere, kostenefficiëntere bouwformaten worden gerealiseerd dan bij klassieke aandrijvingen. "Net als de asynchrone motor kan de PMSM worden aangestuurd via een standaard frequentieomvormer, zodat de gebruiker op standaardonderdelen kan terugvallen," legt Wirkner uit. "Bij de servomotor zou daarentegen de aanschaf van dure servoregelers nodig zijn." Bovendien is de compacte aandrijving vanwege de luchtloze uitvoering goed te reinigen en beschikt hij over een hoge IP-beschermingsklasse. Indien nodig kan hij bovendien worden voorzien van een oppervlaktetechnologie met nsd tupH. Deze methode maakt het oppervlak extreem resistent en nog gemakkelijker te reinigen. Daarmee is hij ideaal voor toepassingen met hoge hygiënische eisen, bijvoorbeeld voor aromadose in de voedingsmiddelenindustrie of additievenmengingen in de farmaceutische sector.

IE5+-PMSM maakt kostenreductie en decentrale oplossingen mogelijk

De enige huidige beperking van de gebruikte PMSM is het gebruik in niet-Explosieve omgevingen. "Door de WBR met IE5+-PMSM kunnen we voldoen aan de toenemende eisen van klanten voor een groter regelbereik en lagere energie- en totale kosten," vat Wirkner samen. "Vooral het thema energie-efficiëntie wordt voor onze klanten steeds belangrijker. Ook een decentrale oplossing, waarbij de frequentieregelaar direct op de PMSM is gemonteerd, kan inmiddels worden gerealiseerd met de Getriebebau NORD GmbH & Co. KG, de motorpartner van LEWA voor PMSM."