Korea Ever-Power · Y2-Serie · Anwendungsleitfaden für Pumpenantriebe

Dreiphasenmotor für Kreiselpumpe:
Leitfaden für Dimensionierung, Anlauf und Einschaltdauer

Kreiselpumpenantriebe sind in den meisten Industrieanlagen die energieintensivsten Motorenanwendungen und verbrauchen 25 bis 40 Prozent des gesamten Stromverbrauchs von Motoren. Die Auswahl des richtigen Drehstrommotors – abgestimmt auf die Pumpenkennlinie, das Anlaufverfahren, die Betriebsart und die Einsatzumgebung – ist die Grundlage für ein energieeffizientes Pumpensystem. Dieser Leitfaden beschreibt den gesamten Auswahlprozess für Motoren der Baureihe Korea Ever-Power Y2 für Kreiselpumpenantriebe.

Affinitätsgesetze
DOL vs. Soft-Start
S1 Dauerbetrieb
IE3-Energiesparmodus
IP54 Pumpenraum

25–40%
Motorstrom, der von Pumpen in der Industrie verwendet wird
P ∝ n³
Leistung vs. Geschwindigkeit: Kubisches Affinitätsgesetz
S1
Dauerbetriebsklassifizierung für die meisten Pumpen
IE3
Erforderlicher Wirkungsgrad für Y2-Pumpenantriebsmotoren
Direktes Paar
Flexible Kupplung: Für die meisten Pumpen ist kein Getriebe erforderlich.

Auswahl und Dimensionierung des Drehstrom-Kreiselpumpenantriebs, Startpunkt: Korea Ever-Power Y2 Pumpenraum-HLK-Wasserversorgung

Kreiselpumpenantriebe in Pumpenräumen der Gebäudetechnik – Motor und Pumpe sind direkt auf einer gemeinsamen Grundplatte gekoppelt, wobei der Motor auf die Wellenleistungsanforderung der Pumpe im Auslegungsbetriebspunkt der Pumpenkennlinie ausgelegt ist. Ein Wirkungsgrad von IE3 ist für Motoren, die im 24/7-Betrieb in der Gebäudetechnik und in Prozessanlagen laufen, unerlässlich.

1. Ähnlichkeitsgesetze und Pumpenmotorleistung

Die Kennliniengesetze für Kreiselpumpen beschreiben den Zusammenhang zwischen Pumpendrehzahl, Fördermenge, Förderhöhe (Druck) und Wellenleistung. Diese Gesetze sind grundlegend, um zu verstehen, warum die Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichter bei Kreiselpumpenantrieben so viel Energie einspart und warum der Motor für den ungünstigsten Betriebspunkt der Pumpenkennlinie und nicht für den durchschnittlichen Betriebspunkt ausgelegt werden muss.

Verwandtschaftsgesetze für Kreiselpumpen
Durchflussrate (Q):
Q₂ = Q₁ × (n₂ / n₁)
Der Durchfluss ist proportional zum Geschwindigkeitsverhältnis
Kopf (H):
H₂ = H₁ × (n₂ / n₁)²
Die Kopfhöhe ist proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit.
Leistung (P):
P₂ = P₁ × (n₂ / n₁)³
Die Leistung variiert mit der dritten Potenz der Drehzahl – Drehzahl 80% = Leistung 51,2%

Das kubische Potenzgesetz ist der Grund, warum die Drehzahlregelung von Kreiselpumpen mittels Frequenzumrichter (VFD) erhebliche Energieeinsparungen ermöglicht. Eine Pumpe, die mit 801TP3T Nenndrehzahl läuft, fördert 801TP3T Nennvolumenstrom, verbraucht aber nur 80³ = 51,21TP3T Nennleistung. Bei einem 22-kW-Pumpenmotor, der 6.000 Stunden pro Jahr mit 801TP3T Drehzahl läuft und 1TP4T0,13/kWh kostet, beträgt die jährliche Einsparung im Vergleich zur Drosselventilsteuerung bei Volllast etwa 22 × (1 – 0,512) × 6.000 × 0,13 = 1TP4T8.400 pro Jahr.

2. Dimensionierung der Motorleistung für Pumpenantriebe

Die für den Antrieb einer Kreiselpumpe benötigte Motorwellenleistung ergibt sich aus der hydraulischen Pumpenleistung (Fördermenge × Förderhöhe × Flüssigkeitsdichte), dividiert durch den hydraulischen Wirkungsgrad der Pumpe im Auslegungsbetriebspunkt. Zusätzlich ist ein Betriebsfaktor zu berücksichtigen, der den Betrieb außerhalb des optimalen Wirkungsgrads (BEP) und den Verschleiß des Laufrads am Ende seiner Lebensdauer einbezieht.

Formel und Beispiel für die Pumpenmotorleistung
Motorwellenleistung (kW):
P-Motor = (Q × H × ρ × g) ÷ (1.000 × η-Pumpe)
Q = Fördermenge (m³/s); H = Förderhöhe (m); ρ = Flüssigkeitsdichte (kg/m³); η-Pumpe = Pumpenwirkungsgrad (0,60–0,85)
Durchgerechnetes Beispiel – Wasserversorgungspumpe:
Q = 0,05 m³/s (180 m³/h), H = 40 m, ρ = 1.000 kg/m³, η-Pumpe = 0,72
P = (0,05 × 40 × 1.000 × 9,81) ÷ (1.000 × 0,72) = 27,25 kW
Bei einem Servicefaktor von 1,15: 27,25 × 1,15 = 31,3 kW
→ Wählen Sie die Baureihe Y2, 37 kW, 4-polig, IE3
Pumpenanwendung Typische Pumpe η Servicefaktor Typischer Motorbereich Y2-Pole
Gebäudewasserversorgung 0,65–0,78 1.10 0,75–30 kW 2P oder 4P
Klimaanlage, gekühltes Wasser 0,70–0,82 1.10–1.15 3,0–75 kW 2P oder 4P
Industrielles Prozesswasser 0,68–0,80 1.15 1,5–55 kW 2P oder 4P
Bewässerung / Wassertransfer 0,62–0,75 1.15 2,2–90 kW 2P oder 4P
Schlamm-/Abwasserpumpe 0,55–0,70 1.25 2,2–75 kW 4P

3. Startverfahren: Direktstart, Stern-Dreieck-Antrieb und Sanftanlauf

Die Anlaufmethode bestimmt, wie viel Anlaufstrom der Motor aufnimmt und wie viel Drehmoment beim Anlaufen zur Verfügung steht. Bei Kreiselpumpen ist die Wahl in der Regel einfach, da die Pumpenlast bei Stillstand nahezu null ist (Kreiselpumpen laufen unbelastet gegen ein geschlossenes Ventil an). Das bedeutet, dass jede Anlaufmethode geeignet ist, die genügend Drehmoment liefert, um die Lagerreibung zu überwinden und das Laufrad zu beschleunigen.

DOL (Direktwahl)

Anlaufstrom 6–7,5× Nennstrom. Geeignet für Pumpenmotoren bis ca. 11 kW an einer stabilen Stromversorgung, bei der der Spannungseinbruch beim Anlauf unter 10% des Nennstroms liegt. Bei Leistungen über 11 kW ist mit dem Energieversorger abzuklären, ob ein Direktstart (DOL) zulässig ist. DOL bietet maximales Anlaufdrehmoment – ​​mehr als ausreichend für den Anlauf einer Kreiselpumpe gegen ein geschlossenes Ventil. Einfacher und kostengünstiger Anlasser; außer dem Schütz ist keine Wartung erforderlich.

Anwendungsbereich: Pumpen bis 11 kW bei ausreichender Stromversorgung; sofern der Anlaufstrom nicht begrenzt ist
Stern-Delta-Start

Reduziert Anlaufstrom und Anlaufdrehmoment auf jeweils 331 Tp3 T des DOL-Wertes. Geeignet für Kreiselpumpen, da das Anlaufdrehmoment gering ist. Erfordert einen 6-poligen Motor (Standard bei der Y2-Serie) und ein Stern-Dreieck-Zeitrelais. Die Umschaltung von Stern- auf Dreieckschaltung bei ca. 801 Tp3 T der Synchrondrehzahl verursacht einen Drehmoment- und Stromstoß – stellen Sie sicher, dass das Auslassventil während der Stern-Dreieck-Umschaltung geschlossen oder teilweise geschlossen ist, um Druckschläge zu vermeiden.

Anwendungsbereich: Pumpen mit 11–75 kW, bei denen der Anlaufstrom begrenzt werden muss; Anlauf mit geschlossenem Ventil erforderlich
Sanftanlaufgerät oder Frequenzumrichter

Der Sanftanlauf sorgt für einen gleichmäßigen, einstellbaren Drehmomentanstieg, der sowohl den Anlaufstromstoß als auch den Druckstoß beim schnellen Öffnen des Ventils verhindert. Der Frequenzumrichter (FU) bietet denselben Sanftanlauf sowie einen variablen Drehzahlbetrieb. Diese Kombination aus Sanftanlauf und Drehzahlregelung macht den FU mit YVF2-Motor zur bevorzugten Lösung für Pumpensysteme ab 7,5 kW, bei denen eine Durchflussregelung erforderlich ist. Den vollständigen Anwendungsleitfaden für FU-Pumpen finden Sie im Artikel „Korea Ever-Power YVF2 VFD-Pumpenantrieb“.

Anwendungsbereich: Pumpen über 7,5 kW, bei denen Strombegrenzungen gelten oder eine Drehzahlregelung erforderlich ist.

4. Betriebsartenklassifizierung für Pumpendienste

Die meisten Anwendungen von Kreiselpumpen fallen unter die Betriebsart S1 (Dauerbetrieb) – die Pumpe läuft während der gesamten Schicht bzw. 24 Stunden am Tag unter annähernd konstanter Last. Dies ist die thermisch anspruchsvollste Betriebsart, und die auf dem Typenschild Y2 angegebene Nennleistung ist die maximale Dauerleistung bei einer Umgebungstemperatur von 40 °C.

S1 Kontinuierlich – Typisch für Prozesspumpen

Umwälzpumpe für die Gebäudewasserversorgung, Kaltwasserpumpe in der HLK-Anlage, Prozesskühlwasser, Kesselspeisepumpe, Feuerlöschpumpe im Testlauf, Hauptpumpe für die Bewässerung. Der Motor läuft kontinuierlich unter Nennlast. Die Wahl eines IE3-Effizienzmotors hat in dieser Leistungsklasse die größten finanziellen Auswirkungen – ein 22-kW-IE3-Pumpenmotor spart im Vergleich zu einem IE1-Motor bei gleicher Leistung jährlich ca. $500 bis $900 an Stromkosten.

S3 Intermittierende Druckerhöhungspumpen

Druckerhöhungspumpen in der Gebäudetechnik, die bedarfsgesteuert (Druckschalter oder Durchflusssensor) starten und stoppen, arbeiten im intermittierenden Betrieb S3. Der Motor läuft für 1 bis 10 Minuten und pausiert anschließend. Bei einem Einschaltdauerfaktor von 40% kann der Motor bis zu 115% seiner Nennleistung (S1) erreichen, ohne die thermischen Grenzwerte zu überschreiten. Häufiges Starten erzeugt jedoch Wärme durch Anlaufverluste – die maximale Anzahl an Starts pro Stunde ist im Datenblatt Y2 zu beachten.

Hinweis zu Feuerlöschpumpenmotoren: Feuerlöschpumpenmotoren müssen für den Betrieb mit blockiertem Rotor (Stillstand) ausgelegt sein. Die Pumpe muss unter Umständen für eine gewisse Zeit mit voller Drehzahl gegen ein geschlossenes Ventil (Nullfluss) laufen, wodurch sich das Förderwasser erhitzt. Der Motor muss währenddessen betriebsbereit bleiben und darf nicht wegen Überlastung auslösen. Motoren der koreanischen Ever-Power Y2-Serie mit Isolierung der Klasse F erfüllen die thermischen Anforderungen für den Einsatz als Feuerlöschpumpe unter den in EN 12845 und NFPA 20 festgelegten Bedingungen für die Blockierdauer.

5. IP-Schutzart für Pumpenraumumgebungen

IP54 — Pumpenraum im Innenbereich

Saubere bis mäßig staubige Pumpenräume mit einer relativen Luftfeuchtigkeit unter 901 % rF, kein direkter Wasserstrahl. Standard für Kaltwasserpumpen in der Gebäudetechnik, Umwälzpumpen in der Klimatechnik und Prozesswasserpumpen in geschlossenen Anlagenräumen. Standardausführung der Y2-Serie mit Schutzart IP54.

IP55 – Risiko im Außenbereich oder bei Reinigung mit Wasser

Freiluftpumpstationen, die Regen ausgesetzt sind, oder Pumpenräume in Innenräumen, die mit Wasserschläuchen gereinigt werden oder Spritzwasser aus Rohrleitungslecks ausgesetzt sind. Pumpstationen in Wasseraufbereitungsanlagen, Bewässerungspumpenhäuser und Pumpenbereiche in industriellen Prozessanlagen erfordern Schutzart IP55. Die Y2-Serie ist optional mit IP55 erhältlich, für die Installation im Freien in explosionsgefährdeten Bereichen die YB2-Serie.

Ex d IP55 — Pumpe für explosionsgefährdete Bereiche

Chemische Anlagen, Öl- und Gasanlagen sowie Pumpstationen für Lösungsmittel in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 1 oder 2 benötigen explosionsgeschützte Motoren. Die koreanische Ever-Power YB2-Serie Ex d IIB T4 IP55 entspricht der Norm. Die Gasgruppe muss den spezifischen Stoffen im explosionsgefährdeten Bereich entsprechen – IIA für Propan/Butan, IIB für Ethylen, IIC für Wasserstoff oder Acetylen.

6. Korea Ever-Power Y2-Serie für Pumpenantriebe

Die Y2-Serie ist der Standardmotor für Kreiselpumpenantriebe im Korea Ever-Power-Sortiment. Für Pumpenantriebe mit fester Drehzahl bietet die Y2-Serie IE3-Effizienz zu einem wettbewerbsfähigen Preis über den gesamten Leistungsbereich von 0,18 bis 200 kW. Kreiselpumpen werden über eine flexible Kupplung direkt mit der Motorwelle verbunden – ein Getriebe ist nicht erforderlich, da Pumpe und Motor mit der gleichen Drehzahl laufen (1.450 U/min bzw. 2.900 U/min für 4-polige und 2-polige Motoren bei 50 Hz). Die komplette Y2-Motorenreihe ist erhältlich in der Produktbereich Drehstrommotoren.

Für Pumpensysteme mit variabler Durchflussregelung empfiehlt Korea Ever-Power den Inverter-Motor YVF2 in Kombination mit einem Frequenzumrichter. Der YVF2 verfügt über eine IC416-Zwangsbelüftung für volles Nenndrehmoment bei reduzierten Drehzahlen, eine Isolationsklasse H zum Schutz vor Spannungsspitzen des Frequenzumrichters sowie einen PTC-Thermistorschutz für anspruchsvollste Pumpenanwendungen. Kontaktieren Sie das technische Team Unterstützung bei der Dimensionierung von VFD-Pumpenantrieben.

Y2-Serie – Pumpenantriebsdaten
Leistungsbereich 0,18 – 200 kW
Typische Masten 2P (2.900 U/min) oder 4P (1.450 U/min)
Effizienz IE3-Standard
Schutz IP54-Standard; IP55-Option
Pflicht S1 kontinuierlich
Anlaufdrehmoment 2,0–2,8-fache Nennleistung (ausreichend für die Pumpe)
Kupplungstyp Direkte flexible Kupplung (ohne Getriebe)
Zertifizierung CE, ISO 9001, IEC 60034

7. Anwendungen nach Pumpentyp

Gebäudewasserversorgung

Druckerhöhungsanlagen, Hauswasserpumpen und Feuerlöschpumpen. Y2-Zweipolmotoren (2.900 U/min) im Leistungsbereich von 0,75 bis 7,5 kW, direkt gekoppelt an mehrstufige vertikale Kreiselpumpen. Betriebsart S3 für Druckerhöhung, S1 für Primärversorgung. Schutzart IP54 für den Einsatz in Technikräumen.

Klimaanlage, Kaltwasser und Kondenswasser

Primär- und Sekundärpumpen für Kaltwasser in zentralen HLK-Anlagen. Y2 4-polig, 3,0 bis 75 kW, frequenzumrichtergesteuert für variablen Durchfluss in Primär-Sekundär- oder Primärsystemen. YVF2-Umrichtermotoren für alle frequenzumrichtergesteuerten Pumpenantriebe.

Industrielles Prozesswasser

Kühlwasserzirkulation, Wärmetauscherpumpen, Reaktorkühlkreisläufe. Y2 4-polig 2,2 bis 55 kW, S1 Dauerbetrieb. Bei korrosiven Prozessmedien ist eine Edelstahlpumpe mit Standardmotor Y2 vorzusehen – der Motor selbst kommt nicht mit dem Medium in Berührung.

Bewässerung und Wassertransfer

Pumpen für landwirtschaftliche Bewässerung, Wasserversorgung und Speicherbefüllung. Y2 4-polig, 5,5 bis 90 kW, oft saisonal mit längeren Stillstandszeiten betrieben – Wartungsvorschriften für Speicher beachten. Schutzart IP55 für Außenaufstellung. Stern-Dreieck- oder Sanftanlauf für lange Rohrleitungen zur Vermeidung von Druckstößen.

Y2-Motor, Antrieb für Kreiselpumpe im HLK-Pumpenraum

Pumpenraum für Heizung, Lüftung und Klimaanlage

Y2 Motorantrieb für Prozesspumpen in Chemieanlagen

Prozesspumpenantrieb

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Korea Ever-Power CE ISO Pumpenmotorzertifizierung

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8. Häufig gestellte Fragen

Warum überhitzt mein Pumpenmotor, wenn er mit Teilstrom durch ein Drosselventil läuft?

Das Drosseln des Auslassventils zur Durchflussreduzierung senkt die Leistungsaufnahme des Pumpenmotors nicht proportional. Bei teilweise geschlossenem Auslass arbeitet die Pumpe mit höherer Förderhöhe und geringerem Wirkungsgrad als im optimalen Arbeitspunkt (BEP). Das bedeutet, dass die Pumpenwelle nahezu genauso viel Leistung aufnimmt wie bei Volllast, diese aber stärker in Wärme im Fördermedium umwandelt, anstatt nutzbare Druckarbeit zu leisten. Der Motor zieht daher selbst bei reduziertem Durchfluss nahezu Volllaststrom und kann bei erhöhter Umgebungstemperatur oder eingeschränkter Kühlung überhitzen. Die optimale Lösung ist die Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichter (VFD). Durch die Reduzierung der Pumpendrehzahl zur Durchflussreduzierung wird Energie kubisch gespart und die Motorlast proportional reduziert, anstatt Energie über ein Drosselventil zu verschwenden.

Soll ich für meine Kreiselpumpe einen 2-poligen oder einen 4-poligen Motor wählen?

Die Wahl zwischen einem 2-poligen (2.900 U/min) und einem 4-poligen (1.450 U/min) Motor hängt von der Pumpenkonstruktion und dem erforderlichen Betriebspunkt ab. Die meisten Kreiselpumpen für Gebäudetechnik und Klimatechnik sind für einen Betrieb mit 2.900 U/min (2-polig) oder 1.450 U/min (4-polig) optimiert. Die Polzahl des Motors muss der Nenndrehzahl der Pumpe entsprechen, um den vorgegebenen Betriebspunkt zu erreichen. Die Nenndrehzahl entnehmen Sie dem Datenblatt der Pumpe. Bei einem Betriebspunkt von 2.900 U/min ist ein 2-poliger Motor erforderlich, bei 1.450 U/min ein 4-poliger. 2-polige Motoren sind pro Baugröße effizienter, weisen jedoch bei 2.900 U/min einen höheren Lagerverschleiß auf als 4-polige Motoren bei 1.450 U/min. Im Dauerbetrieb (S1) bietet der 4-polige Motor in der Regel eine längere Lagerlebensdauer und geringere Vibrationen.

Wie dimensioniere ich den Motor, wenn das Datenblatt der Pumpe nur die kW-Angabe beim Betriebspunkt (BEP) enthält und ich den Motor in einem anderen Betriebspunkt betreibe?

Lesen Sie die Pumpenwellenleistung (kW) am spezifischen Betriebspunkt der Pumpenkennlinie ab, nicht nur am optimalen Betriebspunkt (BEP). Die Pumpenwellenleistung variiert über den gesamten Betriebsbereich – bei den meisten Kreiselpumpen steigt sie rechts vom BEP (Richtung maximale Fördermenge bei geringer Förderhöhe) an und kann deutlich höher als am BEP sein. Lesen Sie die Wellenleistung immer am ungünstigsten Betriebspunkt ab, an dem die Pumpe arbeitet – typischerweise der Punkt maximaler Fördermenge auf der Kennlinie – und berücksichtigen Sie dann den Betriebsfaktor des Motors. Wählen Sie anschließend die nächsthöhere Standard-Y2-kW-Leistung. Falls das Pumpendatenblatt nur BEP-Daten enthält, fordern Sie vor der Motorauswahl die vollständigen Kennlinien beim Pumpenhersteller an.

 

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