Energieeffizienz von Antrieben

Elektrische Antriebe verbrauchen in der Industrie den größten Teil der elektrischen Energie, deshalb lohnt sich der Blick auf ihre Effizienz. Motoren werden in die Effizienzklassen IE1 bis IE5 eingeteilt (IE1 bis IE4 für Netzmotoren nach IEC 60034-30-1, IE5 bisher in IEC TS 60034-30-2), je höher die Zahl, desto kleiner die Verluste. Die EU-Ökodesign-Verordnung 2019/1781 schreibt für neue Drehstrommotoren von 0,75 kW bis 1000 kW mindestens IE3 vor, für Motoren von 75 kW bis 200 kW mit zwei, vier oder sechs Polen seit Juli 2023 IE4. Umrichter haben eigene Klassen IE0 bis IE2, das Antriebssystem aus Motor und Umrichter wird mit IES-Klassen bewertet.

Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von abgegebener zu aufgenommener Leistung. Die Verluste ergeben sich als Differenz beider und werden aus der aufgenommenen Leistung berechnet, nicht aus der abgegebenen. Ein überdimensionierter Motor läuft im Teillastbereich mit schlechterem Wirkungsgrad und Leistungsfaktor. Den größten Hebel bietet aber meist das System: Bei Kreiselpumpen und Lüftern sinkt die Leistung nach den Affinitätsgesetzen etwa mit der dritten Potenz der Drehzahl. Wer den Volumenstrom mit einer Drossel einstellt, verschenkt Energie, die eine Drehzahlregelung einspart.

Antriebe, die oft bremsen, etwa Hubwerke, Wickler oder Zentrifugen, geben Energie in den Zwischenkreis zurück. Statt sie im Bremswiderstand zu verheizen, kann eine Rückspeiseeinheit sie ins Netz zurückgeben oder eine Zwischenkreiskopplung sie an andere Achsen weiterreichen. Ob sich eine Maßnahme lohnt, zeigt eine Wirtschaftlichkeitsrechnung aus Betriebsstunden, Leistungsdifferenz und Strompreis. Grundlage ist immer eine Messung des Lastgangs, denn nur sie zeigt, wie der Antrieb wirklich betrieben wird.