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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
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IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
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
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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
05.10.2016 | Roland Keller | DC-IA/STS12 | © Bosch Rexroth AG 2015. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing,
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IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
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
405.10.2016 | Roland Keller | DC-IA/STS12 | © Bosch Rexroth AG 2015. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing,
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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
505.10.2016 | Roland Keller | DC-IA/STS12 | © Bosch Rexroth AG 2015. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing,
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Large Electric Drives
Merkmale
Leistungsstark, flexibel, intelligent
• 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,
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Large Electric Drives
Merkmale
Leistungsstark, flexibel, intelligent
• 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
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05.10.2016 | Roland Keller | DC-IA/STS12 | © Bosch Rexroth AG 2015. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing,
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0,1 KW 4000 KW
IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
IndraDrive – ein Tool für alle Zwecke
IndraWorks – One Engineeringtool
• antriebsintegr.Sicherheitstechnik
• antriebsintegr. Motion Logic
• intelligente Firmware Funktionalität
• open Communications
• einheitliche Inbetriebnahme,
Parameter und Diagnose
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IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
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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Large Electric Drives
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
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Universal Inverter
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IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
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
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IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
M
Motor-Wechselrichter in Parallelschaltung
Netz-Wechselrichter in Parallelschaltung
DC
1 control unit
as master
1 control unit
as master
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Unterschiedliche Wicklungssysteme / IndraDrive ML
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IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
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
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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
IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
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
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t
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Productivity Agent
IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
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
…
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distribution, as well as in the event of applications for industrial property rights.
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
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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
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IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
red
uzi
erte
CO
2Em
issi
on
Quarter-hourly Demand
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Energie Management mit IndraDrive ML
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IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
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
05.10.2016 | Roland Keller | DC-IA/STS12 | © Bosch Rexroth AG 2015. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing,
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IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
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
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IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
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
18
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
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IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
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
05.10.2016 | DC-IA/SPC12 | Reinhard Mansius | © Bosch Rexroth AG 2015. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing,
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Large Electric Drives
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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IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
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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Large Electric Drives
Antriebstechnik von 110 kW bis 4 MW
… und umfangreiches Branchen-Know-how für Anwendungen in:
• Umformtechnik
• Metallurgie
• Kunststofftechnik
• Marine & Offshore
• Fördertechnik
• Prüfstandtechnik
• Druck
• Papierverarbeitung
22
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
• …
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IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
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IndraDrive ML - intelligente, performante Umrichtertechnik
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distribution, as well as in the event of applications for industrial property rights.
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