Antriebsleistung

[stephezapo]

Mahlzeit!

Nachdem ich mal wieder diverse technische Daten von Seilbahnen durchgegangen bin, stellt sich mir die Frage nach der angegebenen Antriebsleistung.
Mich fasziniert immer wieder, dass man mit der Leistung eines besseren Sportwagens kilometerlange Bahnen betreiben kann.

Sind die angegeben Werte immer Maximalangaben? Wenn ja, gibt es eine Faustregel, wieviel von der Maximalleistung im durchschnittlichen Betrieb wirklich abgerufen wird? Normalerweise braucht man ja beim Anfahren die meiste Energie.

 

[sunset]

Sofern die Angaben korrekt eingetragen werden, sind auf Liftworld üblicherweise die Angaben zur Betriebsleistung zu finden.
Ob im Marketing aber tatsächlich auch die Dauerleistungen herangezogen werden, oder ob man da die Anfahrleistung verwendet (ist ja größer), entzieht sich aber meiner Kenntnis.

Zum Rest noch ein paar Beispiele (nachdem ich von einer Bahn ganz brauchbare Zahlen habe):
Am Beispiel der 6-CLD/B Sunnegg in Damüls wären das 393 kW Dauerleistung und 467 kW Spitzenanfahrleistung (bei Erreichen der Vmax). Das ist vergleichbar mit dem Ford GT (2004-2006), vgl. https://de.wikipedia.org/wiki/Ford_GT .
Der Unterschied ist aber: wir reden bei dem Sportwagen von der Maximalleistung bei 6.500 U/min, bei der Seilbahn reden wir aber von um die 15-20 U/min. Der GT leistet 0,774 kNm bei 4.500 U/min, die Sunegg bis zu 265 kNm bei 16 U/min.
Außerdem fährt der GT seine 404 kW eher selten ganz aus; die 393 kW an der Seilbahn werden aber kontinuierlich gezogen, solange die Bahn fährt. Leider habe ich jetzt keine vergleichbare Durchschnittsleistungsabgabe des Sportwagens gefunden. Falls da jemand gute Zahlen hat, bitte her damit
Insofern kann man da die Leistungsangabe nicht 1:1 vergleichen. "Leistung" ist eben manchmal ungleich "Leistung"

Allerdings ist der Denkansatz ziemlich interessant. Wenn man mal aufrechnet, wie viele Personen Seilbahnen befördern, und wie viele ein einzelnes Auto / ein Bus, dann schneiden Seilbahnen bei benötigter Dauerleistung/Kopf vermutlich um einiges besser ab.

 

[jojo2]

Früher wurde in den Doppelmayr Jahrbüchern immer beides angegeben. Eine Spalte Anfahrleistung und eine Betriebsleistung.

Ich glaube heute ist nur noch die Betriebsleistung angegeben.

Dazu fällt mir auch gerade noch eine Frage zu ein: Kann es vorkommen das Seilbahnen auch mal mit höherer Geschwindigkeit weniger Energie verbrauchen?

Habe das an meiner Modellseilbahn beobachtet, wenn ich 3/4 Betriebsgeschwindigkeit fahre habe ich 30mA mehr Stromverbrauch, als bei Normgeschwindigkeit.

Gerade mal weitergedacht wird es etwas mit der Blindleistung zu tun haben oder?

 

[Seilbahnjunkie]

Muss man nicht auch noch zwischen der Motordauerleistung und der typischen Betriebsleistung unterscheiden? Ich kenne das von Elektrolokomotiven, da gibt es eine Spitzenleistung und eine Dauerleistung. Die Spitzenleistung kann der Motor nur sehr kurze Zeit liefern, die Dauerleistung beliebig lange. Was dann aber im Betrieb typischerweise verbraucht wird ist dann nochmal eine andere Geschichte. Bei Loks ist eine Betriebsleistung uninteressant, weil deren Belastung stark schwankt. Aber bei Seilbahnen dürfte das ja nicht der Fall sein. Ich würde aber mal vermuten, dass man auch bei voll besetzter Bahn nicht an der Dauerleistungsgrenze fährt.

 

[Lagorce]

Habe ich mich mit dieser Thematik früher mal genauer befasst und bin zum Schluss gekommen, dass Leistungsangaben von Seilbahnherstellern kaum sinnvoll verglichen werden können, da sie nicht auf einheitlichen Bedingungen beruhen.

Ganz formal gesehen wären am sinnvollsten die Angaben der S1 (Dauerbetrieb) Motorennennleistung bei Nennfrequenz, Nennspannung, Umgebungstemperatur (genauer: Kühlmitteleintrittstemperatur) 40 °C und Aufstellhöhe max. 1000 m über Meer (auch über NN für Normal Null" geschrieben), also Standard IEC-Typenschildbedingungen.
Leistungsdaten mit FU können leicht abweichen, da IEC-Standard-Daten für sinusförmige Netzspeisung gelten, ggf. wird mit speziellen Softwaretools nachberechnet.

Wie der FU (AC) oder Stromrichter (DC) dimensioniert ist, ist wiederun unterschiedlich. Da ist die detailierte Herstellertypenbezeichnung (inkl. Nennstromangabe bei 100 % ED) am sinnvollsten, dann kann man die genauen Daten in den Unterlagen nachschlagen.
Nur eine korrekete Bemessung der Leistungelektronik zusammen mit dem Motor macht Sinn, ist die eine oder andere Komponente falsch dimensionert verliert man Geld und/oder erreicht die vorgeschriebene Performance nicht.

Bei Motorentypenschilder bei Seilbahnen muss man darauf achten, ob die Aufstellhöhe über Meer und Umgebungstemperatur bereits an den jeweiligen Aufstellungsort angepasst wurden, oder ob es sich um die Standard-IEC Daten handelt (max. 40 °C, max. 1000 m ü. Meer).
Oberhalb 1000 m ü.M. muss ein Derating berücksichtigt werden, wobei oft die maximale Umgebungstemperatur niedriger als 40 °C eingesetzt wird, was wiederum das Derating schwächt oder ggf. aufhebt. Oft endet mal mit einem geringen Derating, sowohl für Motor wie auch FU oder Stromrichter. Hängt natürlich von den effektiven Einstatzbedingungen ab, unter einer Plexiglashaube einser Sesselbahn wird es meist wärmer als in einem unteridischen Maschinenraum einer Pendelbahn.

Anfahrleistung, maximale Leistung, Dauerleistung, usw. nicht im Seilbahnbereich nicht so klar definiert. Z.B. können beim Einziehen oder am Anfang des Anfahren das Drehmoment und der Strom hoch sein, infolge der niedrigen Drehzal ist die abgegebene Wellenleistung dennoch nicht maximal.
Ferner wird auch noch die elektrische Bremsung berücksichtigt.

Hier mal das Ganze etwas vereinfacht dargestellt, für komplette Antriebsberechungen müssen noch weitere Punkte berücksichtigt werden.
In der Praxis stellt man jedoch oft fest, dass eine vereinfachte Berechnung bereits zur gleichen Motor + FU-Kombination führt als detailiertere Berechnungen, insbes. wenn man nicht allzu knapp dimernsioniert.

Bei Seilbahnen stellt der Seilbahnhersteller die Grunddaten aufgrund mechanischer Berechnungen zur Verfügung, die Elektrotechniker sind dann für die Auswahl des Motors und FU zuständig.

Für Doppelantriebe geht man von einer 50 % + 50 % Drehmomentaufteilung (die Winkelgeschwindigkeiten sind ja gekoppelt), die Master/Slave (Leit-Folgeantrieb) Funktion ist Bestandteil der FU-Firmware, entweder als Standardfunktion oder als Option. Ggf. sind noch Kommunikationskomponenten wie z.B: LWL-Verbindungen und Interface) mitzubestellen, das Load-Sharing selbst erfolgt jedoch automatisch und muss nicht separat programmiert werden.
Meist werden bei Doppelantrieben zwei identische Motoren und zwei identische getrennte FU mit jeweils eigener IGBT-Einspeiseeinheit (be ABB ISU für IGBT Supply Unit anderswo auch AFE (Active Front-End) genannt) und eigener Motoren-Invertereiheit (INU für Inverter Unit, auch DSU für Drive Side Unit genannt) eingesezt (also keine sog. Multi-Drive Konfiguration), wobei sowohl der netzseitige wie motorseitige Inverter aus mehreren Modulen bestehen kann.


Edit:
Komplettes Update des Messages.

Edit:
Tippfehler korrigiert, Dauerbetrieb ist S1.

 

[Lagorce]

Bzgl. erforderlichen Antriebsleistung muss man sowohl Betriebszustand (anfahren, anhalten, beschleunigen, elektrisch bremsen, einziehen/ausfahren, Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit,....) wie auch Bahnspezifische Daten berücksichtigen.

Bei Pendelbahnen können Drehmomente an der Motorwelle bei Stützenüberfahrten beinahe schlagartig variieren. Bei Umlaufbahen ändert der Seilzug wenig abrupt (ausser ggf. bei extremen dynamische Belastungen, sprich abnormale Schwingungen à la Granby Ranch).

Bzgl. thermischer Belastbarkeit, ist der FU meist heilker als der Motor, da die Zeitkonstante der Leistungselektronik (IGBT Packs) wesentlich geringer ist als die eines Motors und aus Kostengründen weisen FU nur eine relativ geringe Stromreserve auf (Stromrichter waren konservativer dimensioniert bzgl. kurzzeitger Überlastbarkeit und Thyristoren waren auch robuster, nur war da das Problem eines möglichen Kippen bei Netzausfall während regenerativem Betrieb und zudem sind DC Motoren leider nicht wartungsfrei).
Für kurzzeitige Überbelastungen des Motors ist demnach meist die Leistungeselektronik und nicht der Motor massgebend (Halbleiter werden schneller zu heiss als die Motorwicklungen).

Antriebsberechnugnen kann man mehr oder weniger kompliziert anstellen. Bei Seilbahnen können z.T. relativ einfache Berechnungen recht gut mit detailierteren Berechnungen übereinstimmen und zudem hat man bei den AC-Motoren onehin eine relative grobe Abstufung der vorhandenen Leistungen. D.h. z.B. wenn 460 kW inkl. Reserve benötigt werden, wird ein 500 kW IEC Motor gem Katalog ausgwählt (bei grossen Leistungen werden insbes. ausserhalb der Schweiz z.T. nicht normierte durchzugbelüftete Asynchronmotoren eingesetzt, von aussen sehen die ähnlich wie DC Motoren aus).
Letzendlich spielen zudem die Leistungsreserve für den Motor und die Leistungselektronik eine Rolle punkto Zuverlässigkeit (was wiederum die Kosten beeinflusst).

(Beispiel war ohne Korrekturen für Umgebungs- und Aufstellunghöhe.)

Beispiel aus einem französichen Schulexamen::
http://mecabts.pagesperso-orange.fr/SET2003.pdf


Edit:
Aus der Spitzen- oder Anfahrleistung, die oft für Pendel- sowie Standseilbahnen angegeben werden kann man keine Schlussfolgerung bzw. S1 (Nennleistung gem. IEC Normen bei Dauerbetrieb bei 40 °C und max. 1000 über Meer) und demzufolge der effektiven Motorenauswahl treffen.
Auch die von den Seilbahnherstellern angegebenen Dauerleistungen entsprechen nicht unbedingt deren der IEC Normen.

 

[Lagorce]

Bei Seilbahnen mit FU mit IGBT Einspeiseeiheit (ISU) kann der Leistungsfaktor oder die Blindleistung unabhängig vom Betrieb vom Motor als statischen oder dynamischen Sollwert vorgegeben werden. Der FU kann theoretisch als Blindleistungskompensation eingesetzt werden sobald die ISU moduliert, der motorseitige Inverter (INU oder DSU genannt, siehe oben) muss dabei nicht unbedingt in Betrieb sein (d.h. modulieren, er bleibt jedoch i.d.R. unter Spannung da meistens nicht vom DC-Zwischenkreis mittels Barrenschütz abtrennbar).

Fazit ist jedenfalls, dass mit solchen FU keine Blindleistungskompensation für den Seilbahnantrieb notwendig ist. Ferner sind solche regenerative (d.h. "rückspeisefähig", die Bremsenergie wird bis auf geringe Verluste ins Netz zurückgespeisen) Geräte auch toleranter bzgl. unstabile Stromversorgungsnetze.

 

[16-BGD]

Weils so halb ins Thema passt
Ich kenne eine 6-CLD-B, die 2 Motoren hat. Im Normalen Betrieb, wenn alle Sessel bergwärts(Talfahrt gibts keine)voll besetzt sind, fahren M1+M2 mit je ~20%. Da beide gleich stark sind, läuft einer allein mit ~40%.
Meine Frage: Warum wurden dort/werden generell Motoren eingebaut die bei Maximallast der Seilbahn immer noch doppelt so viel Kraft haben? Ist das Vorschrift?

 

[Lagorce]

Seilbahnantriebe werden so dimensionert, dass die Vorschriften bzgl. Beschleuningung und Verzögreung beim elektrischen Bremsen unter "Worst Case" Bedingungen eingehalten werden und ebenfalls bei Nenngeschwindigkeit und vollast (auch hier "Worst Case") gefahren werden kann.
Ferner muss man mit leerer Bahn die Auslösgeschwindigkeit der Übergschwindigkeitabsicherungen erreichen können (ca. 120 %), ggf. ist Feldschwächung zulässig.

Zudem muss man an jeder Stelle unter den ungünstigsten Bedingungen (Last bzw. Lastverteilung, ggf. Stelle wo man wieder anfahren muss, Temperatur, Seilspannung (falls hydraulisch), usw.) wieder anfahren können.

Je nach Bahntyp muss man das Antriebsdrehmoment beim Einziehen berücksichtigen. Z.B. bei einer Pendelbahn wird eine Kabine bis zur Endstellung (Perron Niveau entspricht Niveau Kabinenboden) "eingezogen" während die Kabine in der anderen Station bereits am Puffer anliegt. Da das Einziehen meist mehrere Sekunden dauert, wundert man sich manchmal weshalb nach dem Stillstand die Türen nicht sofort freigegeben werden: die andere Kabine fährt eben noch und Türen werden erst freigegeben wenn Antrieb kein Drehmoment mehr aufbringen kann und mindestens die BB (Betriebsbremse) geschlossen ist; oft schliesst bei Stationshalt auch die SB (Sicherheitsbremse), ist jedoch bahnabhängig; bei Halt auf der Strecke (mit Hauptantrieb) bleibt je nach Bahn die SB offen, SB fällt natürlich sofort automatisch ein falls die Stillstandsüberwachung (Steuerungssicherheitsfunktion) anspricht.

Massgebend für den FU ist eigentlich eher das maximale kurzzeitig erforderliche Drehmoment da dies die Dimensionierung bzgl. Stromüberlastbakeit bestimmt. Für den Motor wird zudem die thermische Belastbarkeit überprüft (mittels Computerprogramme, ist relativ einfach und zudem wird die Temperatur der Statorwicklungen ja wie erwähnt meist überwacht).

Werden 2 Motoren eingesetzt kann dies verschiedene Gründe haben: bei grossen Leistungen kann es sinnvoll oder gar notwendig sein, mehrfachantriebe einzusetzen (Doppelantrieb oder, seltener 3, oder gar 4 Motoren, da sonst die Motoren und Getriebe zu gross (bzw. schwer) werden. DC und Asynchronmotoren sowie Getriebe kann man zwar für den Transport zerlegen (weiss nicht ob grosse permanentmagnet-erregte Synchronmotoren für den Transport zerlegbar sind, grosse permanentmagnetsysteme sind oft heikel zu zerlegen und gewisse sind nachträglich nicht mehr zerlegbar wegen Verlust der Magnetisierung).
Je nach Antriebsauslegung kann man ggf. mit einem Motor noch Bergen, ist jedoch nicht immer möglich. Kommt auf die Dimensionierung an.

Technisch gesehen ist es m.E. ausser für sehr grosse Leistungen (sprich oberhalb etwa 900 kW pro Motor, ggf. sogar etwas höher wenn man durchzugbelüftete anstelle oberflächengekühlte Asynchronmotoren einsetzt) sinnvoller nur einen Motor einzusetzen.
Kosten sind auch tiefer und der Wirkungsgrad höher als bei 2 halb so grossen Motoren. FU grösserer Leistungen weisen onehin modulare netz- sowie motorseitige Leistungsteile (IGBT Umrichter) auf.
Unterhaltskosten sind bei Doppelantrieb ebenfalls höher.

4-polige (knapp unter 1500 U/mn) Transnorm-Niederspannungs-Asynchronmotoren (Vorzugsspannung für obere Leistungen. 690 V) findet man bis Leistungen von etwa 1000-1250 kW (je nach Derating wegen Aufstellungshöhe über Meer, evtl. für 30 °C anstelle 40 ° Kühlmitteleintrittstemperatur nachkorrigiert). Durchzuggekühlte Asynchronmotoren (sehen von aussen öhnlich wie Gleichstrommotoren aus) sind noch in etwas höheren Leistungen verfügbar (meist Siemens Motoren), die findet man in DE und AT jedoch kaum in CH wo Sisag und Frey auf ABB IEC-Motoren setzen.
Für Seilbahnen sind die Franzosen erst einiges später auf AC umgestiegen. Seirel und Semer Elektrotechnik hat es halt in sich.

Umlaufbahnenantriebsberechnugen kenn ich nicht so gut im Detail, da müsste man mal schauen wieviel Leistung das nackte Förderseil bei Nenngeshwindigkeit benötigt, dann mit allen noch leeren FBM, dann unter Volllast.
Am besten liest man die Daten am Display des FU oder Stromrichters ab, ggf. Anzeige am Display auf Strom oder Leistung (oder ggf. Dremhmoment) umschalten. je nach Gerät und Parametrieung können angezeigte (read-only) Daten angewählt werden obwohl der Zugang zur eigentlichen Paramterierung des Antriebs blockiert ist.

Bzgl. Dein Beispiel, beziehen sich die 20 % auf die S3 Typenschildangaben der Motoren oder auf kurzzeitige Überlastgrenzen?