Wassergekühlte Frequenzumrichter

Andreas Mühlbauer,

Kompakte Bauform durch Wasserkühlung

Flüssigkeitsgekühlte Frequenzumrichter erfordern keine zusätzliche Raumklimatisierung. Mit sehr kompakten Schränken ermöglichen sie platzsparende Lösungen in beengten Umgebungen. 98 Prozent der entstehenden Wärme werden direkt durch die Flüssigkeit abgeführt. Dies ermöglicht eine sehr hohe Effizienz der Antriebe, während die integrierte Redundanz durch parallel angeschlossene Module unerwünschte Stillstandszeiten verhindert. 

Kompakte Bauform durch Wasserkühlung © ABB

Die Baureihe der flüssigkeitsgekühlten ACS880-Frequenzumrichter von ABB deckt einen Leistungsbereich von 250 bis 6.000 kW ab. Der kompakte Antrieb besteht aus Dioden-Einspeiseeinheiten und Wechselrichtereinheiten mit parallel angeschlossenen Modulen, die einen großen Leistungsbereich bei sehr geringem Platzbedarf ermöglichen. Durch den modularen Aufbau und die erweiterten Software-Merkmale des Frequenzumrichters lassen sich auch ausgefallene Antriebslösungen realisieren. Eine Vielzahl integrierter Merkmale und Optionen ist verfügbar. Dass keine Raumklimatisierung benötigt wird, vereinfacht Installation und Betrieb gleichzeitig. Mit den flüssigkeitsgekühlten ACS880-07CLC lassen sich Asynchron-, Permanentmagnet-, AC-Servo- sowie Synchronreluktanzmotoren präzise regeln. Durch den Einbau in vollständig geschlossenen Schaltschränken eignen sich die Frequenz-umrichter besonders für den Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen, wie den Schiffbau und Offshore-Bereich.

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Der Frequenzumrichter ist komplett in einem Schaltschrank ohne Kühlöffnung aufgebaut und erfüllt so standardmäßig die Schutzart IP42 oder optional auch IP54. Salzhaltige Luft kann dadurch nicht im Frequenzumrichter zirkulieren und zu Funktionsstörungen oder einer verkürzten Lebensdauer führen.

Die hohe Leistungsdichte der Geräte hat eine sehr kompakte Konstruktion zur Folge. Die Frequenzumrichterschränke sind teilweise nur halb so breit wie die leistungsgleichen luftgekühlten Versionen. Beim Einsatz in Schiffen wird die Flüssigkeitskühlung zentral für alle beziehungsweise mehrere Anlagen aufgebaut. Daneben wird die Zuschaltung und Trennung der Frequenzumrichter extern realisiert. Dadurch wird der Frequenzumrichterschrank ACS880-07CLC erheblich kleiner. Durch die kompakte Bauform bieten die Geräte besondere Vorteile an Aufstellorten mit begrenzten Platzverhältnissen, wie zum Beispiel Containern oder engen Elektroräumen.

Effektive direkte Flüssigkeitskühlung

Der ACS880-07CLC arbeitet mit direkter Flüssigkeitskühlung. Neben hoher Effizienz ermöglicht sie eine einfache Wärmeableitung ohne Luftfilterung und reduziert die Notwendigkeit einer Hochleistungsluftkühlung mit Filterung in den Installationsräumen.

Die Redundanz durch parallel geschaltete Module ermöglicht eine höhere Verfügbarkeit und längere Betriebslaufzeit. © ABB

Die Kühlung führt 98 Prozent der Wärmeverluste durch die Flüssigkeit ab, und nur 2 Prozent werden in die Umgebung abgestrahlt. Der verwendete Kühlmitteltyp ist Antifrogen L von Clariant International, ein Gebinde mit optimalem Mischungsverhältnis. Es handelt sich dabei um eine einsatzfertige, im Handel erhältliche Mischung, die eine einfache Inbetriebnahme ermöglicht.

Die Wärmeverluste der Schaltschränke werden also nahezu vollständig mit dem Kühlmittel abgeleitet. Eine zusätzliche Klimatisierung des Antriebs über eine Klimaanlage ist damit nicht erforderlich, was die Amortisierungszeiten für die Geräte deutlich verkürzt.

Der Wegfall teurer und aufwendiger Filteranlagen, wie sie beispielsweise in konventionellen, luftgekühlten Frequenzumrichtern unter rauen Betriebsbedingungen erforderlich sind, erhöht die Wirtschaftlichkeit der Geräte zusätzlich. Da keine schmutzbeladene oder salzhaltige Luft angesaugt werden muss, sind die Einheiten zudem deutlich weniger empfindlich als luftgekühlte Geräte. Das Fehlen zusätzlicher Klimageräte oder Luftkanäle vereinfacht zudem die Installation erheblich und senkt die Betriebskosten. Die direkte Flüssigkeitskühlung ermöglicht des Weiteren einen geräuscharmen Betrieb. Der ACS880-07CLC kommt dadurch auch für Anwendungen infrage, bei denen der Geräuschpegel ein wichtiger Umweltfaktor ist.

Betriebssicherheit durch Redundanz

Der Frequenzumrichter bietet zudem eine integrierte Redundanz, die durch die Parallelschaltung der Module erreicht wird. Jedes Modul ist ein kompletter Dreiphasen-Wechselrichter. Fällt eines der Module aus oder wird ein Modul gewartet, kann der Motor mit den übrigen Modulen mit Teillast weiter betrieben werden. Daraus ergeben sich eine höhere Verfügbarkeit des Antriebs und längere Betriebszeiten. Die Geräte stehen als 6-, 12- oder 24-Puls-Lösung zur Verfügung. Die 12-Puls-Lösung bietet dabei den weiteren Vorteil eines extrem guten Oberschwingungsverhaltens, denn sie unterdrückt die Oberwellen fünfter und siebenter Ordnung. Ein sehr niedriger Oberschwingungsgehalt des Netzstroms ist die Folge.

Bernd Thürauf, Produktmanager Schrankgeräte und Modulpakete, ABB Automation Products 

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