Energieeffizienz-Anforderungen an Elektromotoren

Elektromotoren müssen Mindestanforderungen der Energieeffizienz erfüllen. Ineffiziente Elektromotoren werden schrittweise vom Markt genommen.

Auf elektrisch angetriebene Systeme entfallen rund 70 % des Stromverbrauchs in Industrie und produzierendem Gewerbe. Um den Energieverbrauch von Elektromotoren europaweit zu reduzieren, hat die EU-Kommission auf Grundlage der EU-Ökodesign-Richtlinie Mindestanforderungen an die Energieeffizienz von Elektromotoren eingeführt.

Die Anforderungen für Elektromotoren sind in der EU-Verordnung Nr. 640/2009 über die umweltgerechte Gestaltung von Elektromotoren definiert. Diese Verordnung gilt für eintourige Dreiphasen-Käfigläufer-Induktionsmotoren mit 2 bis 6 Polen, einer Nennspannung bis 1.000 V und einer Nennausgangsleistung zwischen 0,75 und 375 kW.

MindestanforderungVerpflichtend ab
Motoren mit Nennausgangsleistung 0,75 - 375 kWEffizienzniveau IE216. Juni 2011

Motoren mit Nennausgangsleistung 7,5 - 375 kW

Drehzahlgeregelte Motoren mit Nennausgangsleistung 7,5 - 375 kW

Effizienzniveau IE3

Effizienzniveau IE2

1. Januar 2015

Motoren mit Nennausgangsleistung 0,75 - 375 kW

Drehzahlgeregelte Motoren mit Nennausgangsleistung 0,75 - 375 kW

Effizienzniveau IE3

Effizienzniveau IE2

1. Januar 2017

Quelle: EU-Verordnung Nr. 640/2009 über die umweltgerechte Gestaltung von Elektromotoren

Wirkungsgrade

Elektrische Antriebe werden nach ihrem Wirkungsgrad klassifiziert. Der Wirkungsgrad definiert sich dabei als das Verhältnis der mechanischen Ausgangsleistung zur elektrischen Eingangsleistung (siehe Abbildung). Weiterhin entscheiden Art, Nennleistung und Belastung der Motoren über die Verluste der Elektromotoren im Dauerbetrieb. 

Mit steigender Nennleistung nehmen die relativen Verluste ab: Große Motoren haben wesentlich bessere Wirkungsgrade als kleine. Die Streuung der Wirkungsgrade von verschiedenen Motoren einer Leistungsklasse nimmt ebenfalls mit wachsender Leistung ab.

Auch das gewählte Motorkonzept und die effektive Belastung haben Einfluss auf den Wirkungsgrad. Energieeffiziente Motoren haben im Vergleich zu konventionellen Typen circa 40 % geringere Energieverluste.

Effizienzniveaus

Der geforderte Mindestwirkungsgrad zum Erreichen eines Effizienzniveaus ist abhängig von der Nennausgangsleistung und der Polzahl.

Zum Erreichen des Effizienzniveaus IE2 wird ein Wirkungsgrad zwischen:

  •  77,4 % (für 2-polige Motoren mit einer Nennausgangsleistung von 0,75 kW) und
  •  95,1 % (für 4-polige Motoren mit einer Nennausgangsleistung größer 200 kW)

gefordert.

Zum Erreichen des Effizienzniveaus IE3 wird ein Wirkungsgrad zwischen:

  • 78,9 % (für 6-polige Motoren mit einer Nennausgangsleistung von 0,75 kW) und
  • 96 % (für 4-polige Motoren mit einer Nennausgangsleistung größer 200 kW)

gefordert.

Eine detaillierte Aufstellung der Mindestwirkungsgrade je Nennausgangsleistung und Anzahl der Pole ist in Anhang I der Verordnung Nr. 640/2009 über die umweltgerechte Gestaltung von Elektromotoren gelistet. 

Anforderungen an die Produktunterlagen

Seit 16. Juni 2011 gelten Anforderungen an die Produktinformationen von Motoren. Diese müssen in den technischen Unterlagen zu Motoren bzw. zu Produkten, in die Motoren eingebaut sind, und auf frei zugänglichen Internetseiten der Hersteller bereitgestellt werden. Die Angaben können auch in Form von Grafiken, Schaubildern und Symbolen erfolgen.

In den technischen Unterlagen müssen bspw. folgende Angaben genannt werden:

  • Nenneffizienz bei 100 %, 75 % und 50 % der Nennlast und Nennspannung (UN)
  • Effizienzniveau: „IE2“ oder „IE3“
  • Herstellungsjahr
  • Name oder Warenzeichen, amtliche Registrierungsnummer und Niederlassungsort des Herstellers
  • Modellnummer des Produkts
  • Zahl der Pole des Motors
  • Nennausgangsleistung(en) oder Nennausgangsleistungsintervall [kW]
  • Nenneingangsfrequenz(en) des Motors (Hz)
  • Nennspannung(en) oder Nennspannungsintervall [V]
  • Nenndrehzahl(en) oder Nenndrehzahlintervall [min-1]
  • für das Zerlegen, das Recycling oder die Entsorgung nach der endgültigen Außerbetriebnahme relevante Informationen
  • Informationen zum Spektrum der Betriebsbedingungen, für die der Motor speziell ausgelegt ist

Eine vollständige Liste der geforderten Angaben zu Betriebs- und Leistungsdaten des Produkts entnehmen Sie bitte Anhang I der Verordnung Nr. 640/2009 über die umweltgerechte Gestaltung von Elektromotoren.

Systemoptimierung

Elektrisch angetriebene Systeme haben häufig ein wirtschaftliches Stromeinsparpotenzial von 20 bis 30 % und mehr. Zur Optimierung von Stromkosten und Stromverbrauch sollte stets eine Gesamtbetrachtung des Antriebssystems mit Umrichter, Motor, Getriebe und Antriebsmaschine erfolgen.

Hohe Regelungsverluste bei Ventil- oder Schieberdurchflussregelungen sowie die fehlende Abstimmung der Komponenten untereinander und verlustbringende Betriebsbedingungen sind jedoch die Hauptursache für hohen Stromverbrauch. Sorgfältig geplante und betriebene Antriebssysteme können dagegen über die reinen Energiekostenersparnisse hinaus eine bessere Auslastung der Anlagen und Produktionsqualität mit geringeren Ausschussquoten herbeiführen. 

Insbesondere bei häufigen Lastschwankungen sollte der Antrieb optimal gesteuert werden. Regel- und Steuervorrichtungen (z. B. Frequenzumrichter) eines Antriebs sorgen dafür, dass die Antriebsleistung dem Bedarf angepasst wird und somit der Stromverbrauch des Antriebs reduziert wird. Übergeordnete Steuerungen können darüber hinaus den Prozess so optimieren, dass möglichst wenig Energie benötigt wird und geringe Energiekosten entstehen.
Um den Verschleiß sowie Reibungsverluste von Maschinenteilen zu vermindern, spielt auch die Reibungsminderung in Motoren und Getrieben eine Rolle. Hier sollte z. B. auf den Einsatz von reibungsmindernden Schmierstoffen in Antrieben geachtet werden. 

Außerdem gilt: regelmäßige Wartung erhöht die Energieeffizienz der Motoren.

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