Intelligente Umrichtertechnik für große Leistungen€¦ · Bosch Rexroth AG Datum: 05.10.2016 05 ... HCS03.1 HMV02.1-R HMV01.1-R HMV01.1-E HMS02.1 power supply ... • Integrierte

Intelligente Umrichtertechnik

für große Leistungen

Roland Keller

Bosch Rexroth AG

Datum: 05.10.2016

05.10.2016 | Roland Keller | DC-IA/STS12 | © Bosch Rexroth AG 2015. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing,

distribution, as well as in the event of applications for industrial property rights.

IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik

1

IndraDrive - Leistungsspektrum




0,0

5

0,0

9

0,1

2

0,2

5

0,3

7

0,5

5

0,7

5

1,1

1,5

2,2 3 4 5,5

7,5

11

15

18

22

30

37

45

55

75

90

11

0

13

2

16

0

20

0

25

0

31

5

40

0

50

0

63

0

40

00

motor power in kWHCS01.1

HCS02.1

HCS03.1

HMV02.1-R

HMV01.1-R

HMV01.1-E

HMS02.1

power supply3 AC 380-480 (500) V

air cooled

converter1 AC 110-230 V

3 AC 200-500 V

3 AC 400-500 V

air cooled

inverterDC 254-750 V

air cooled

HMD01.1

HMS01.1

Large Power Drives ML (HMU)3 AC 380-500 V, liquid and air cooled, regenrating

Large Power Drives ML (HMU)3 AC 380-500 V, liquid and air cooled

2

Modulare Frequenz Umrichter - IndraDrive ML




Für Anwendungen mit hoher Achsanzahl, viel generatorischer Energie, für

geringste Netzrückwirkungen und Unabhängigkeit von der Netzspannung

Eckdaten

Spannung3AC 380 - 500 V

3AC 525 - 690 V

Leistung 110 kW - 4 MW

Energie-

richtungein- und rückspeisend

DC-

Spannung

1,5 x UNetz - 750 V

1,5 x UNetz - 1150 V

KühlartFlüssigkeitskühlung

Luftkühlung (i.V.)

MotorenSynchronmotoren,

Asynchronmotoren3 AC

DC

M M M

3



Large Electric Drives

Merkmale

Leistungsstark, flexibel, intelligent

• Optimale Abstufungen für Einzelleistungen von 110 kW bis 500 kW

• Parallelbetrieb für Systemleistungen bis 4 MW

• Weitspannungsbereich von 380…500 V / 525…690 V

• Hohe Taktfrequenz für optimale Motorausnutzung

• Laden von elektrischen Energiespeichern bis 700 kJ

• Hohe Leistungsdichte durch effiziente Kühlung

110 kW 132 kW 160 kW 200 kW 250 kW 315 kW 400 kW 500 kW … 4 MW




Merkmale


• Von Standard- bis High-end Servo-Anwendungen

• Für Asynchron- und Synchronmotoren

• Anwendungsoptimierte Energiesparkonzepte

• Universalwechselrichter als Motorwechselrichter oder Versorger

• Wasser- und Luftkühlung

• Multi-Ethernet- & Multi-Geber-Schnittstelle

• Umfangreiche Schnittstellenoptionen

05.10.2016 | DC-IA/SPC12 | Reinhard Mansius | © Bosch Rexroth AG 2015. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing,



Merkmale


• Integrierte Motion-Logic Control für Ein- und Multiachslösungen

• Safety on Board von Safe Torque Off bis zu Safe Motion

• Productivity Agent für vorbeugende Wartung

• Umfangreiche Firmwarefunktionen

• Anwendungsspezifische Technologiefunktionen

6



0,1 KW 4000 KW


IndraDrive – ein Tool für alle Zwecke

IndraWorks – One Engineeringtool

• antriebsintegr.Sicherheitstechnik

• antriebsintegr. Motion Logic

• intelligente Firmware Funktionalität

• open Communications

• einheitliche Inbetriebnahme,

Parameter und Diagnose

7




Titel der Präsentation

MLC (Hydraulic)

IAC –

Multi-Ethernet

DFE control electronics

with IAC Multi-Ethernet

technology

IndraWorks IEC61131-3 Best-in-Class controllers

HMC

HPC

Gemeinsame Plattform für Elektronik und Hydraulik

IndraDrive

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Universalwechselrichter HMU - Ausführungen

HMU05.1-X0140-

0350

0170-

0430

0220-

0510

0270-

0660

0340-

0820

0430-

1040

0540-

1300

0680-

1690

Zwischenkreisdauerleistung [kW] 145 174 219 273 342 435 540 679

Maximalstrom [A] 357 427 515 660 825 1037 1297 1686

Ausführung Wasserkühlung

Ausführung Luftkühlung

Parallelbetrieb möglich

bis 8 Stück

Bremstransistor / - widerstand

extern

Schütz extern

Gerätehöhe 1), Wasser (Luft) mm687

(790)687

(790)791

(790)895

(tbd.)

973(tbd.)

1181(tbd.)

1389(tbd.)

1170(tbd.)

Gerätebreite 1), Wasser (Luft) mm200

(390)200

(390)200

(390)200

(tbd.)

200(tbd.)

200(tbd.)

220(tbd.)

380(tbd.)

Gerätetiefe 1), Wasser (Luft) mm440

(400)440

(400)440

(400)440

(tbd.)

440(tbd.)

440(tbd.)

440(tbd.)

440(tbd.)

Schutzart, Gerät (Anschlüsse) IP20 (IP00)

: Standard

: intern Wasserkühlung + Wasser-Luft-Wärmetauscher

: Option

1) : Korpusmaße

9

Universal Inverter




3 AC

M

Funktionsneutraler Universalwechselrichter HMU

+ Steuerteil mit

Versorgerfirmware +

Netzanschluss-

komponenten

+ Steuerteil mit

Antriebsfirmware

gemeinsame Leistungsteil-Basis

Reduzierung von Varianten

vereinfachtes Handling

geringere Ersatzteilkosten

= Rückspeise-

versorger

= Motor-

wechselrichter

10

Universalwechselrichter - Parallelschaltung

• Parallelschaltung von bis zu 8

Universalwechselrichtern

– Motorwechselrichter speisen

auf einen großen Motor

– Netzwechselrichter (Versorger)

speisen auf einen geregelten

Zwischenkreis

Abdeckung eines breiten

Leistungsspektrums bis 4 MW mit

Standardkomponenten

Reduzierung von Varianten

Reduzierung von Lagerkosten




M

Motor-Wechselrichter in Parallelschaltung

Netz-Wechselrichter in Parallelschaltung

DC

1 control unit

as master

1 control unit

as master

11

Unterschiedliche Wicklungssysteme / IndraDrive ML




Ein Steuerteil und ein Geber in allen Ausführungen

keine Querkopplung (CCD) notwendig

All windings must have the same phase shift in multi-winding motors

Single-winding system:

Inverter in parallel connection

Multi-winding system:

Inverter in parallel connection

1 control unit

as master

Multi-winding system:

One inverter per

3-phase winding

balancing

chokes

12

Zertifizierte Sicherheitsfunktionen

STO Safe Torque Off

SS1 / SS1-ES Safe Stop 1 / Safe Stop 1

Emergency Stop

SS2 (SOS)Safe Stop 2 with

Safe Operating Stop

SDL 2)

Safe Door Locking

SCO 2)

Safe Communication

SLSSafely Limited Speed

SDISafe Direction

SLISafely Limited Increment

SMS 2)

Safe Maximum Speed

SMD 2)

Safely Monitored

Deceleration

SMP 2)

Safely Monitored Position

SLPSafely Limited Position

SIO 2)

Safe Inputs / Outputs

SBS 2)

Safe Braking and

Holding System

SBCSafe Brake Control


1) acc. to EN 13849-1, EN 61800-5-2, EN 62061, EN 61508 2) Not defined in EN 61800-5-2

s

v

s

v

t



t

13

Productivity Agent


Collision

Monitoring

configurable

online-recorder

Frequency

Response Analysis

detailed analysis

of mechanics

Envelope Curve

Monitoring

online monitoring

of machining

process

Mechanical

Analysis

simple and quick

check of axis

mechanics

Active

Vibration Damping

reduced transient

time and higher

accuracy

S1 Characteristic

Analysis

configurable

monitoring of

operating point

IndraDrive® Productivity AgentPräventive Diagnose mit intelligenten

Antrieben

Hüllfunktion - Monitoring online / offline

(freiprogrammierbarer Signale)

Frequency Response Analysis (Analyse und

Interpretation von bis zu 4 Resonanzstellen)

Erkennen von Reibung, Spiel, Stefigkeiten

Langzeit Prozessdatenanalyse, Fehlerstatistik und

Fehlerhäufigkeit

…



typ. Betriebsstunden einer Presse

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Zeitanteile

Sonstiges

Störung Anl.

Störung Wz.

Wzg.Einf.

Rüsten

Störung Qualität

Produktion

14

Energiemanagement

• Energieeffizienz

– Energy on Demand

– neueste IGBT Technologie (guter Wirkungsgrand)

Einsparung von Energiekosten (€ / kWh)

• Elektrische Spitzenleistung

– Smart Energy Mode

– Electric Buffering (Kondensatoren)

– Kinetic Buffering

Reduzierte Leistungsbereitstellung (€ / kW)

• Blindleistungskompensation

– interne Applikation

– Kompensation externer Komponenten

Einsparung Energiekosten und Optimierung Blindleistung




red

uzi

erte

CO

2Em

issi

on

Quarter-hourly Demand

15

Energie Management mit IndraDrive ML




motor

M

mains supply

Regenerative

M

motor

e.g. cross

cutter drive

DC

capacitance

(passive

energy

storage)

Electric Buffering

motor

e.g. main

drive for

press

kinetic buffer

motor

(high moment of

inertia, high rpm)

M M J

Kinetic Buffering

M

motors

operate in generator and

motor mode e.g. main drive

for presses and transfer

drives

M M M M

Zwischenkreiskopplung

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Smart Energy Mode




konventionelle Lösung

Smart Energy Mode

ma

ins p

ow

er

mo

tor

po

wer

• vereint die Vorteile beider Versorgerprinzipien

• Energiepufferung der Einspeiseversorger

• Unabhängigkeit von der Netzspannung und

hohe Zwischenkreisspannung der geregelten

Rückspeiseversorger

• senkt den Energieverbrauch bei gleicher

Performance

• 30 % weniger Energie

• 50 % weniger Spitzenleistung

• mechanische Ausgangsleistung bleibt

unverändert

• kleinere Versorger

• höhere Energieeffizienz und Produktivität mit

IndraDrive

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Leistungsfaktorregelung




vo

lta

ge

, cu

rre

nt

vo

lta

ge

, cu

rre

nt

without power

factor control

with power factor

control

Kompensation des eigenen Blind-

leistungsbedarfs

Kompensation weiterer Verbraucher

durch aktives Einprägen eines festen

kapazitiven oder induktiven Blindstromes

in das Netz oder Regelung auf

bestimmten Leistungsfaktor

Einsparung der Blindstromverluste in

Transformatoren und Kabeln

bessere Ausnutzung dieser Komponenten

Einsparung von Energie und Kosten

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IndraDrive ML – geringe Netzoberwellen

geringe Netzrückwirkungen

• sinusförmige Netz Ein- und rückspeisung

• hohe PWM Frequenzen des Versorgers 4,2 kHz

• optimiertes Netzfilter und Drosselkonzept

THD typische Werte IndraDrive ML HMU05.1N-F0270

THD(I) in %: ~ 1,0 (*1)

(*1) Chopper Frequency 4,2 kHz, RSC >74




IndraDrive ML

sinusoidal input current

40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00Time [ms]

-800.00

-550.00

-300.00

-50.00

200.00

450.00

700.00

950.00

INe

tz.I [A

]

Schaffner FN3359HV_400_29 250KWNetzeingangsstromCurve Info rms

INetz.ITR

513.5878

19




Kühlarten

effiziente Nutzung der Verlustwärme in Wärmerückgewinnungs-

anlagen durch hohe Vorlauftemperatur bei Wasserkühlung

einfache Abführung der Verlustwärme bei Luftkühlung

im separaten Luftkanal mittels

Durchstecktechnik

Anschluss an Wasser-Wasser- oder

Wasser-Luft-Wärmetauscher

im Schaltschrank

LuftkühlungWasserkühlung

vorne vorneseitlichseitlichvorneseitlich

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Hauptmotoren

Rexroth MotorenbaureihenSynchonservomotor <720 Nm MSK

Asynchron Servomotoren <1750 Nm MAD und MAF

Linearmotoren <21,5 kN MLF

Standard- Asynchronmotoren <315 kW Mot-Fc

Beispiel größere Motoren mit externen Motorpartnern

Torque MotorenHeavy Duty Design

Achshöhe 280 / 400 / 500 mm

SynchronmotorenMn bis 2000 Nm

Kinetic BufferingMotoren inkl. Schwungmassenspeicher

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Antriebstechnik von 110 kW bis 4 MW

… und umfangreiches Branchen-Know-how für Anwendungen in:

• Umformtechnik

• Metallurgie

• Kunststofftechnik

• Marine & Offshore

• Fördertechnik

• Prüfstandtechnik

• Druck

• Papierverarbeitung

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Energiemonitoring

• Visualisierung mit Rexroth IndraControl VR2107

• Zugriff auf Antriebsparameter direkt über Ethernet auf die Antriebe

• Bilddiagonale 7’’

• Auflösung 800 * 480 Pixel

• Resistiv, Single-Touch (auch als Multi-Touch verfügbar)

Anzeigen von:

• Effektivstrom

• Effektivspannung

• Nennleistung

• Leistungsfaktor cos phi

• Blindleistung

• Zwischenkreisspg.

• Energie pro Zyklus

• …




32

33




Mit günstigen Produkten spart man einmal,

effiziente Produkte sparen

jeden Tag.

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