"RICHTIG" EFFIZIENT - ECODESIGN RICHTLINIE FÜR ELEKTRISCHE ANTRIEBSREGLER

Worum geht es?

Kern der Sache sind die Klimaziele der EU, die zuletzt im September 2020 unter dem Begriff „Green Deal“ noch einmal angezogen wurden und im ersten Schritt bis 2030 umgesetzt werden sollen. Derzeit lauten diese:

Bis 2050 soll so eine Klimaneutralität der EU erreicht werden.

Um diese Ziele zu erreichen, wurde die ErP (Energy-releated Products) – Richtlinie erschaffen, oft auch EcoDesign-Richtlinie genannt. Sie setzt einen Rahmen, enthält jedoch keine produktspezifischen Anforderungen, da diese so vielfältig sind, dass sie von nur einer Richtlinie unmöglich abgedeckt werden können. Folglich wurden ausgehend von der ErP-Richtline Durchführungsrichtlinien (lose) definiert, die Anforderungen an die Energieeffizienz von Produkten regeln.

So gibt es inzwischen für alle möglichen Geräte im Haushalt Richtlinien, welche uns die allseits bekannte Kennzeichnung der Effizienzklasse auf Fernsehgeräten, Waschmaschinen, Kühlschränken, Lampen usw. bescheren. Für Industrieanwendungen wie Kompressoren, Lüfter, Pumpen usw. gibt es ähnliche Regelungen und Kennzeichnungen und auch vor Elektromotoren, die schätzungsweise die Hälfte der in der EU erzeugten Elektroenergie verbrauchen, wurde nicht Halt gemacht. Es wurde allerdings erkannt, dass sich durch Drehzahlregelung von elektrischen Motoren noch viel mehr Energie einsparen ließe und so wurde die Verordnung (EU) 2019/1781 veröffentlicht, die nun die Effizienz der zu den Motoren gehörenden Frequenzumrichter reguliert.




Welche Antriebe sind betroffen?

Der Geltungsbereich der Richtlinie ist zunächst beschränkt auf Asynchronmaschinen und Antriebsregler, die zur Regelung dieser Motoren geeignet sind. Das heißt, alle anderen Motorenarten (z.B. Synchron-Reluktanz, Permanentmagnet) und Frequenzumrichter, die ausschließlich für die Regelung solcher Motoren vorgesehen sind, fallen nicht in den Geltungsbereich.

Weiterhin ist der Anwendungsbereich der Richtlinie auf Geräte mit einem 3-phasigen Eingang und einer Leistung von 0.12 bis 1000 kW beschränkt.

Rückspeisefähige oder einphasige Geräte oder Geräte mit Oberwellendämpfung und dergleichen sind derzeit explizit ausgenommen.

Auf das Produktportfolio von Yaskawa bezogen bedeutet das, dass Servo-Antriebe wie die Sigma-Reihe und die dazugehörigen Motoren ebenso wie rückspeisefähige Regler wie U1000, D1000 oder R1000 nicht betrachtet werden müssen. Es geht ausschließlich um Frequenzumrichter wie z.B. J, V und A1000 sowie deren Derivate oder GA500 und GA700. Für genau diese sind nun bestimmte Effizienzwerte bindend und auch anzugeben.

Und wie wird die Effizienz ermittelt?

Um die Effizienz eines Umrichters zu bestimmen, werden die Verlustwerte in acht definierten Lastpunkten und in Standby entsprechend der Norm IEC 61800-9-2 gemessen. Der Verlustwert im Lastpunkt (90, 100) (90% Drehzahl, 100% Last) wird mit einem definierten Referenzwert verglichen. Sollte er unter 75 % des Referenzwertes liegen, so entspricht das Gerät der höchsten Effizienzklasse IE2. Frequenzumrichter, die nur die Klassen IE0 oder IE1 einhalten, dürfen generell nicht mehr in Verkehr gebracht werden.




Wozu neun Punkte, wenn doch nur einer verwendet wird?

Wenige Maschinen werden tatsächlich immer bei Volllast betrieben, so dass die Effizienz im Teillastbereich viel wichtiger für die Bewertung eines Systems sein kann und der (90, 100) Punkt in den Hintergrund rückt. Außerdem muss man, will man die Effizienz von Maschinenteilen und ganzen Maschinen bewerten und vergleichen, alle Komponenten betrachten. Die Vereinfachung genau dessen verfolgt der sogenannte „erweiterte Produktansatz“ (Extended Product Approach).

So müssen die o. g. Verlustwerte nicht nur für Frequenzumrichter publiziert werden, sondern in den gleichen Arbeitspunkten auch für Motoren. Mit entsprechenden Formeln aus der Norm kann der Maschinenbauer daraus die Verluste in jedem beliebigen Betriebspunkt berechnen. Addiert man die Verluste von Umrichter (CDM) und Motor, erhält man die Verluste des Antriebssystems (PDS). Setzt man dies nun mit den Verlustwerten für andere elektrische und auch mechanische Komponenten fort, gelang man zur den Gesamtverlusten des Systems in den verschiedenen Lastpunkten und kann dessen Effizienz bewerten und auch mit anderen vergleichen.

Mit dem (90, 100) Punkt des Systems lässt sich analog zur Komponente die Systemeffizienz (Motor System oder Extended Product) errechnen und klassifizieren (IES0 bis IES2).




Ziel der EU Kommission ist es, in Zukunft neben Verbraucherprodukten auch für alle Industrieprodukte eine Energie-Klassifizierung zu haben. Sparsame Produkte sollen für den Betreiber leicht identifizierbar sein, so dass diesen bei Investitionen der Vorrang gegeben wird.

Und was bedeutet das nun für Yaskawa Frequenzumrichter?

Aus technischen Gesichtspunkten ändert sich überhaupt nichts. Yaskawa Frequenzumrichter waren schon immer effizient und sind es auch in gleichem Maße weiterhin. Sie übererfüllen die Anforderungen der Effizienzklasse IE2 ohne weitere Maßnahmen.
Dennoch gibt es einige Modifikation hinsichtlich der Produktkennzeichnung und -dokumentation.

Zunächst müssen die Effizienzklasse und mindestens der relative Verlustwert für den Lastpunkt (90, 100) auf dem Produkt angegeben werden. Beides wird in Zukunft Bestandteil der Informationen auf dem Typenschild unserer Umrichter sein. Aus Platzgründen entfallen das TÜV-Logo und auch das RoHS-Logo. Letzteres ist ohnehin obsolet, da die RoHS-Richtlinie mittlerweile ein zwingender Bestandteil der CE-Konformität ist und mit dem CE-Logo bereits abgedeckt ist.

Außerdem werden die Konformitätserklärungen (DoC) aktualisiert, denn auch EcoDesign-Konformität ist nun Bedingung, um das CE Zeichen anbringen zu dürfen. Die neuen DoCs liegen den meisten Produkten bei, sind aber natürlich auch im Downloadbereich von www.yaskawa.eu.com abrufbar.

www.yaskawa.com