Modulair, efficiënt en flexibel aandrijven tot 2,7 MW

Op de SPS IPC Drives afgelopen november stonden ze fier op de stand van NIDEC, diverse varianten van de Drive Free Standing (DFS), een serie frequentieregelaars voor grote vermogens. Maar DFS staat ook voor Dutch Free Standing, want dit concept is door de engineers van Nidec Sliedrecht ontwikkeld en ook daar gebouwd. Inmiddels verkopen ook de buitenlandse vestigingen de ‘made in Holland’ kasten met frequentieregelaars, waarbij alle componenten en plaatsingen in de kast zijn pre-engineered. Aandrijftechniek ging in Sliedrecht kijken hoe ze dat toch doen.

Volgens Arjan Bakker, algemeen directeur bij Nidec Control Techniques in Sliedrecht, neemt de acceptatie van frequentieregelaars voor grote vermogens aandrijvingen alleen maar toe. “Zo zijn er nog heel weinig compressoren die niet meer frequentiegeregeld worden. Valt bij een koelopslag zo’n compressor uit, dan moet je snel voor een oplossing zorgen. Eenzelfde verhaal bij grote ventilatoren en pompen, ook daar zien we steeds grotere vermogens. Bij een bedrijf op industrieterrein Moerdijk staat een ventilator te draaien met een vermogen van 2 MW. Staat deze stil, dan staan er zo’n 160 mensen te wachten. Stilstand kost dan serieus geld. We hebben dit bedrijf kunnen helpen met een DFS-systeem, waarmee we de flexibiliteit laten zien voor toepassingen met grotere vermogens en waar de belangrijkheid navenant is.”

De DFS-systemen konden op internationale aandacht rekenen tijdens de SPS IPC Drives 2018 in Neurenberg

Door de kasten te standaardiseren en op voorraad te zetten kan Nidec heel snel inspringen bij een calamiteit. “Vaak duurt het bij een defecte frequentieregelaar met vermogens van meer dan 300 kW te lang om deze te repareren,” aldus Bakker. “Het is al regelmatig voorgekomen dat klanten ons belden met een defecte regelaar van een ander fabricaat met de vraag of we snel een groot vermogen regelaar konden leveren. Daar konden we toen maar ook nu een oplossing bieden en ’s avonds de applicatie van die klant weer laten draaien. Bij productiebedrijven is maar één ding belangrijk en dat is ‘produceren’! Dus hoe sneller je weer kunt draaien na stilstand hoe beter.”

Modulair en flexibel
Momenteel zijn er diverse DFS-systemen geleverd voor de aandrijving van compressoren, pompen, ventilatoren, extruders en boegschroeven. De DFS is een frequentieregelaar die vrij is neer te zetten in een technische ruimte of naast een machine of applicatie. Basis is een Unidrive M700 of F300 regelaar maar dan meteen ingebouwd in een Rittal of Eldon systeemkast met sokkel, inclusief snelle zekeringen, hoofdschakelaar, display op de voorzijde en naar keuze met een dakventilator met thermostaat. Bakker: “De Unidrive M700 is geschikt voor het aansturen van alle soorten motoren, zoals open loop, closed loop, servo-systemen, PM-motoren en ga zo maar door. Deze Unidrive M700 heeft standaard type approval en is dus zeer flexibel in te zetten binnen industriële-, offshore- en marinetoepassingen. Daarnaast is de DFS ook leverbaar in een type F300 die specifiek voor de markt van ventilatoren, pompen en compressoren is ontwikkeld en voorzien is van tal van slimme functies die bij deze toepassing wenselijk zijn.

Van de DFS zijn er meerdere varianten. Tijdens de rondleiding door de assemblage in Sliedrecht legt Bakker de verschillen uit tussen de varianten. “De DFS is gebaseerd op standaard Rittal of Eldon kasten. Deze standaard kasten worden gebruikt als basisframe en door ze te koppelen, wordt er ook een groter vermogen frequentieregelaar samengesteld. Zo wordt de DFS-1 geleverd met een vermogen van 55 – 280 kW (155 – 507 A) in een kast van 400 mm breed, 600 mm diep en een hoogte van  300 mm inclusief een 100 mm sokkel en uitgevoerd in IP23, IP44 of IP54. In deze kast zijn ook een hoofdschakelaar en zekeringen opgenomen. Voor de 220 V voeding van de dakventilator(en) is een scheidingstrafo voorzien, zodat de klant geen nul hoeft aan te bieden en zijn er de EMC-voorzieningen en kabeltrekontlasting.

Master-slave
Voor het bouwen van een groot vermogen DFS van meer dan 280 kW wordt gebruikgemaakt van standaard vermogensmodules met elk een eigen ingaande en uitgaande spoel. Door de modules als master en slave te koppelen, ontstaat een groot en betrouwbaar vermogen, opgebouwd met standaard componenten. Zo maak je 540 kW met 1 master en 1 slave, 800 kW met 1 master en 2 slaves en 2,7 MW met 1 master en 9 slaves, waarbij elke master en slave zich in een standaard 400 mm kast bevindt en een extra kast voor de hoofdschakelaar wordt gekoppeld. “Het concept is super flexibel,” zegt Bakker. “In geval van een defect van één van de modules binnen de complete regelaar kunnen we van master naar slave switchen of met een gereduceerd vermogen doordraaien. Dat is altijd veel beter dan stilstaan en niet produceren. De standaard modules zijn op voorraad in Sliedrecht of waar ook ter wereld.” Daarna toont Bakker ons het voorbeeld van een enkele 400 mm kast. “Dan zit de hoofdschakelaar op een aparte grondplaat van de frequentieregelaar gemonteerd. Die plaat is kantelbaar. Dus als je toch een keer de regelaar zou moeten vervangen, dan kantel je eenvoudig de plaat naar voren en in een mum van tijd heb je de regelaar eruit. Je kunt dus servicevriendelijk snel wisselen.”

Deze 540 kW DFS bestaat uit een master- en een slave-regelaar en een extra kast voor de hoofdschakelaar

Lucht- of waterkoeling?
Bij de standaard DFS-systemen komt koele lucht via het IP23, IP44 of IP54 ventilatiedeurrooster naar binnen, trekt door de kast en wordt aan de bovenzijde afgevoerd. De ventilator aan de bovenzijde is temperatuurgeregeld en gaat harder of zachter draaien afhankelijk van de interne kasttemperatuur. “Je creëert hiermee een stuk efficiency,” aldus Bakker. “We kunnen de kasten ook uitvoeren in een doorbouwconcept, waarbij het koellichaam van de regelaar door de achterwand van de schakelkast wordt gebouwd. Hiermee kunnen we de meeste warmte uit de kast houden en direct naar de omgeving uitblazen. Het voordeel van deze IP54 doorbouw is energiebesparing en een lagere kast. De restwarmte in de kast kan door een kleinere deurventilator via een laag dakrooster worden afgevoerd.”

Een andere DFS koeloptie is het gebruik van een aangebouwde lucht-/waterkoeler. Er zijn toepassingen waarbij frequentieregelaars met water worden gekoeld. Bakker: “Door waterkoeling direct op het koelblok van de IGBT’s te sturen, bestaat de mogelijkheid om wat meer vermogen uit een regelaar te halen. Je zit dan wel met water in je elektrische kast en bij het wegvallen van het koelwater is de warmte-aanstijging erg snel, zodat het direct uitschakelen van de regelaar noodzakelijk is om defect gaan te voorkomen. Voor toepassingen in de industrie of marine met sterk vervuilde of zilte omgevingslucht is waterkoeling wel interessant. Binnen ons regelaar moduleconcept is bewust gekozen voor luchtgekoelde modules in 380 – 690 VAC voeding als standaard wereldwijd.”

Dit is een voorbeeld van een 280 kW DFS met een compacte lucht-/ waterkoeler van 300 mm breed

Voor de minder dan 5 procent DFS toepassingen waar waterkoeling wenselijk is, heeft Nidec in lijn van het flexibel en modulair bouwen gekozen voor een aan de DFS te bouwen compacte lucht-/waterkoeler van 300 mm breed. “Hiermee krijgen we een compleet IP55 gesloten DFS met als groot voordeel dat het water gescheiden is van de elektrische kast,” aldus Bakker. “Een ander heel groot voordeel is dat de regelaar nog steeds de standaard luchtgekoelde regelaar is en mocht het koelwater plots stoppen, we gewoon kunnen verder draaien met open kastdeur, zonder snel te hoeven afschakelen. Alles weer bedacht om maar te kunnen blijven produceren. Het zal duidelijk zijn dat bij vermogens van meer dan 540 kW er twee of meer van deze koelers nodig zijn, maar ondanks die 300 mm extra blijft het super simpel en productie-zeker.”

System integrators
Twee jaar geleden is Nidec Sliedrecht met dit concept begonnen. “Eerst hingen we het nog niet zo aan de grote klok, maar hebben het concept eerst goed uitgewerkt en verder uitgebreid, ”legt Bakker uit. “Maar we hebben het wel zo ontworpen dat het te integreren is in een compleet MCC (motor control center). Wij zijn producent van frequentieregelaars en aandrijftechniek. We zijn geen system integrator die een complete PLC-kast wil bouwen. Dan begeven we ons immers in het vaarwater van onze klanten. Maar wat wij wel en ook goed kunnen is nadenken over de configuratie van grote vermogens inclusief koeling en alles wat daarbij hoort. Die kennis hebben we opengesteld voor system integrators. Inmiddels hebben we al meer dan tachtig DFS-systemen in het veld staan, maar het grootste deel hiervan ging richting system integrators. Ze vinden het concept mooi, maar bovenal kunnen zij de kasten mooi samenbouwen met hun eigen kasten. Zo hebben zij een kosteneffectief en gebalanceerd grootvermogen deel in hun installatie.” Nidec heeft inmiddels ook een behoorlijke optielijst voor de DFS systemen. “Er kwamen steeds meer vragen om wat extra’s in te bouwen. Dat scheelt bij de system integrators weer een stuk engineering. En als je bij elke nieuwe opdracht weer moet gaan engineeren, kost dat geld. Dat is de kracht van het DFS-concept.”

Selectieconfigurator
Momenteel wordt het concept ook verkocht door andere Nidec vestigingen in Europa. Bakker: “Mogelijk dat we dan de productie hier in Nederland gaan opschalen. Er is zelfs al interesse vanuit Amerika. Momenteel kunnen onze buitenlandse collega’s via een selectieconfigurator de systemen online samenstellen. De DFS heeft daarin, net als elk ander product van Nidec, een productcode. Als we wat verder zijn, kunnen we ook een aantal system integrators toelaten op de configurator en ze betrekken in de assemblage van de DFS.”

Er is niet alleen gekeken naar de samenwerking met system integrators, ook de installateur en het aansluitgemak is van groot belang volgens Bakker. “Wat wil een installateur het liefste in zo’n kast? Juist, ruimte om die dikke niet flexibele stroomkabel goed en makkelijk aan te kunnen sluiten. Biedt je die ruimte niet, dan vinden ze je niet meer zo aardig. Dus geven we die ruimte. Eventueel kunnen we ook nog een 400 mm brede lege kast aanbouwen waar je de kabel van boven, onder of opzij kunt laten binnenkomen. Maar ook voor de motorkabels is het een vriendelijk systeem. De stroom van de motorkabel wordt geshared via de sharing spoelen. Bij bijvoorbeeld 540 kW gaan we met twee kabels naar de elektromotor in plaats van één dikke kabel. Ook dit is een eenvoudige manier van aansluiten waar dus al rekening mee gehouden is.”

Volgens Bakker voldoet het nieuwe concept aan de trend van ontzorgen, standaardiseren en hierdoor snel kunnen leveren. “Daarbij speelt mee dat grote vermogens steeds meer in trek zijn en dat niemand meer hoeft te bewijzen dat het regelen van een elektromotor energie kan besparen. Met dit concept voorkom je dat een installatie met een groot vermogen lang stilstaat. Met onze organisatie, 24 uurs service en onze voorraad in Sliedrecht, maar ook wereldwijd, kunnen wij binnen korte tijd installaties weer laten produceren. Dat is waar het om draait.

Arjan Bakker (links) en Anton Bons, design-engineer, zijn nauw betrokken bij het ontwerp en de productie van de DFS

Artikel:

Meer Nidec nieuws? Lees hier verder