WEG introduces IE3-compliant motor switching and protection solutions

WEG, a leading manufacturer of drive technology, has developed IE3-compliant switchgears to ensure excellent reliability when operating IE3 high-efficiency motors, despite higher inrush currents compared to IE2 motors. 

As a result of using the new switchgear, users can be confident their drive system provides the highest levels of energy efficiency over a long service life, enabling them to reduce the total cost of ownership (TCO) while complying with current environmental regulations.  

“Although using premium efficiency motors is now mandatory, the choice of low-voltage switchgear, such as motor protection circuit breakers, is still left to the user. To ensure reliable equipment operation despite higher inrush and starting currents typically found in IE3 motors, users should always consider IE3 compatibility when selecting low-voltage switchgear”, says Zoltan Schaaf, Manager Low Voltage Switchgear at WEG in Germany. “As a leading manufacturer of premium (IE3) and super-premium (IE4) electric motors, WEG has developed extensive expertise in IE3 equipment conformity and all of WEG's current switchgear and protection devices can be used without restriction to ensure the reliable operation of IE3 motors.”
 
With European Regulation 640/2009/EC coming into force last January, motors with rated power from 7.5 to 375 kW sold in Europe must now achieve at least IE3 energy efficiency levels or IE2 standards if they are equipped with a variable speed drive. To meet this challenge, motor manufacturers have had to rethink their motors’ design, for example, by placing more copper mass in the stator while developing thinner silicon steel laminations in the iron cores, optimising air gaps, larger conductors in rotors and improving cooling systems. These changes make IE3 motors more inductive meaning they usually have lower rated operating currents, higher inrush currents and higher starting currents than IE2 motors. WEG’s comparison tests with IE3 and IE2 motors having the same rated power have demonstrated that - in the lower power range - the starting current of an IE3 motor is about five per cent higher and the peak inrush current about 20 per cent higher.
 
These tests also demonstrated that WEG’s motor protection relays in the RW series (bimetallic) and new RW¬_E series (electronic) are not affected by the IE3 motors’ higher starting or inrush currents. Additionally, WEG has upgraded its CWM, CWC and CWB series of contactors to accommodate higher inrush and starting currents, without any adverse effect on the mechanical or electrical service life.  

Of all motor protection devices, motor protection circuit breakers are particularly exposed to the higher inrush and starting currents of premium efficiency motors, due to their high sensitivity. With this in mind, WEG  has raised the trip level of its MPW series of motor protection circuit breakers from 12 times to 13 times the maximum rated operating current to ensure IE3-compliance. With regard to the further development of energy efficient motors WEG will always provide its customers with motor protection circuit breakers and contactors compliant with the IE standards.  

Image caption:
WEG3758_1: To ensure reliable equipment operation despite higher inrush and starting currents typically found in IE3 motors, users should always consider IE3 compatibility when selecting low-voltage switchgear

WEG3758_2: All of WEG's current switchgear and protection devices can be used without restriction to ensure the reliable operation of IE3 motors

Motoren „IE3-konform“ schalten und schützen

WEG bietet als Hersteller von hocheffizienten Motoren und Niederspannungsschaltgeräten perfekte  IE3-konforme Lösungen.

WEG hat  im Rahmen einer breit angelegten Studie die Auswirkungen von Elektromotoren namhafter Hersteller auf seine Niederspannungsschaltgeräte untersucht. Ziel der Studie, in der IE2- mit IE3-Motoren verglichen wurden, war es, die Auswirkungen des höheren Einschaltrushs und  des erhöhten Anlaufstroms bei hocheffizienten Motoren besser verstehen und quantifizieren zu können sowie ein optimales Verhalten der Motorschutz-Leistungsschalter und Schütze zu gewährleisten. Das Ergebnis: Alle entsprechenden Niederspannungsschaltgeräte von WEG eignen sich  für den sicheren Betrieb hocheffizienter Motoren, und das trotz der im Vergleich zu IE2-Motoren erhöhten Einschaltströme. Im Sinne der Anwenderfreundlichkeit wird dies ab sofort auf den  Verpackungen mit dem  „IE3-konform“- Logo sichtbar gemacht.
 
Seit Anfang des Jahres schreibt die europäische Richtlinie 640/2009/EC für neu in den Verkehr gebrachte Motoren mit einer Nennausgangsleistung von 7,5 bis 375 kW vor, dass diese entweder mindestens die Energieeffizienzklasse IE3 erreichen oder der Energieeffizienzklasse IE2 entsprechen müssen, wobei diese in letzterem Fall dann aber nur mit einer elektronischen Drehzahlregelung betrieben werden dürfen. Das Streben nach immer höheren Wirkungsgraden zieht zwangsläufig konstruktive Veränderungen an Elektromotoren nach sich. Zu diesen gehören unter anderem eine höhere Kupfermasse des Stators, der Einsatz von Eisenkernen aus dünneren Siliziumblechen mit höherem Siliziumgehalt, optimierte Luftspalte, mehr Leitermaterial am Rotor und ein verbessertes Kühlsystem. Aufgrund dieser Veränderungen sind hocheffiziente Motoren induktiver, weshalb IE3-Motoren im Vergleich zu IE2-Motoren in der Regel einen niedrigeren Bemessungsbetriebsstrom, einen höheren Einschaltrush und Anlaufstrom sowie natürlich einen besseren Wirkungsgrad aufweisen.

Vergleichstests von WEG ergeben, dass der Anlaufstrom bei einem IE3-Motor im unteren Leistungsbereich um 5%, und der Spitzeneinschaltstrom um 20% höher sind als bei einem baugleichen IE2-Motor derselben Leistung.
 
 „Die Verwendung von Premium-Efficiency-Motoren ist zwar jetzt verbindlich vorgeschrieben, die Auswahl der Niederspannungsschaltgeräte für die IE3-Motoren wie Motorschutz-Leistungsschalter und Schütze bleibt jedoch dem Anwender überlassen. Um Anlagen auch in Zeiten höheren Anlaufverhaltens zuverlässig zu betreiben, sollten Anwender bei der Auswahl der Niederspannungsschaltgeräte unbedingt auf deren IE3-Konformität achten“, erklärt Zoltan Schaaf, Manager Niederspannungsschaltgeräte bei WEG in Deutschland. „WEG entwickelt und fertigt bereits seit vielen Jahren Premium- und Super-Premium-Elektromotoren (IE3 und IE4). Auf Basis dieser Erfahrung konnten wir schon frühzeitig auf die konstruktiven Veränderungen an den Motoren reagieren und unsere Niederspannungsschaltgeräte entsprechend anpassen. Alle Schalt- und Schutzkomponenten von WEG können heute ohne Einschränkungen für den Betrieb mit IE3-Motoren eingesetzt werden.“

Die von WEG durchgeführten Tests belegen auch die Eignung der Motorschutz-Leistungsschalter MPW für den Betrieb von IE3-Motoren. Motorschutzrelais der Serien RW (Bimetall) und RW…E (elektronisch) bedürfen keiner Änderung, da das erhöhte Anlaufverhalten keine Auswirkungen auf Motorschutzrelais hat. Die Schütz-Serien CWM, CWC und CWB hatte WEG in den letzten Jahren bereits mehrfach im Hinblick auf höhere Einschalt- und Anlaufströme optimiert, und zwar ohne dabei die mechanische oder elektrische Lebensdauer zu beeinträchtigen.  

Aufgrund ihrer Empfindlichkeit können Motorschutzschalter mit Sicherheit die von den höheren Anlauf- und Einschaltströmen bei Premium-Efficiency-Motoren am meisten betroffene Motorschutzeinrichtung sein. Bereits 2010 unterzog WEG daher die gesamte Motorschutzschalterbaureihe MPW einer intensiven Prüfung und erhöhte bei dieser Gelegenheit den Ansprechwert der Kurzschlussauslöser vom 12- auf das 13-fache des maximalen Bemessungsbetriebsstromes.  Das bedeutet, dass die WEG-Motorschutz-Leistungsschalter MPW  im Prinzip schon seit fünf Jahren „IE3-konform“ sind. Im Hinblick auf die weitere Entwicklung von energieeffizienten Motoren wird WEG stets IE-konforme Motorschutz-Leistungsschalter und Leistungsschütze anbieten.

Wie wichtig das Thema Motorschutz bei IE3-Motoren mit erhöhten Anlaufströmen ist, zeigt auch die Tatsache, dass sich die entsprechenden Normenausschüsse mit einer möglichen Anpassung der relevanten Normen wie der IEC 60947, die Konstruktions- und Prüfanforderungen für Niederspannungs-Schalt- und -schutzgeräte festlegt, beschäftigen.

Bildunterschrift:
WEG3758_1: Aufgrund konstruktiver Veränderungen weisen IE3-Motoren höhere Anlaufströme auf, dies gilt es bei der Wahl der Steuerungs- und Schutzkomponenten zu beachten

WEG3758_2: Alle Niederspannungsschaltgeräte von WEG sind IE3-konform

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