Energieeffiziente Industriemotoren: Auswahl von IE3-, IE4- und IE5-Motoren sowie Frequenzumrichtern und PMSM-Motoren für OEM-Projekte

Für OEM-Maschinenhersteller und Einkäufer von Industrieprojekten wird der Wirkungsgrad von Motoren zunehmend zu einer verbindlichen Spezifikationsanforderung und ist nicht mehr nur eine optionale Aufrüstung. Die praktische Frage lautet nicht mehr lediglich, ob ein energieeffizienter Motor eingesetzt werden soll, sondern Welcher Wirkungsgrad und welche Antriebstechnik sind angesichts der tatsächlichen Last, der Betriebsstunden, des Drehzahlbereichs und des Zielmarktes sinnvoll?.

Aus diesem Grund basiert unser Portfolio an Industriemotoren bei Yaoda Motor nicht auf einem einzigen “hocheffizienten Motor”. Unser Produktangebot umfasst Dreiphasen-Induktionsmotoren der Baureihen IE3, IE4 und IE5, Frequenzumrichtermotoren, Hochleistungs-Industriemotoren und Permanentmagnet-Synchronmotoren. Jede davon ist auf eine andere Kombination aus Wirkungsgradanforderung, Lastprofil und Anforderungen an die Drehzahlregelung ausgelegt.

Für Käufer, die Motoroptionen für neue OEM-Anlagen oder Industrieprojekte vergleichen, empfehlen wir folgende Vorgehensweise bei der Entscheidungsfindung.

IE3 wird zum Ausgangspunkt, nicht zum Endpunkt

Die regulatorische Ausrichtung in den wichtigsten Industriemärkten ist bereits klar. Die Europäische Kommission legt fest, dass Drehstrommotoren im geltenden Leistungsbereich von 0,75 bis 1.000 kW die Energieeffizienzklasse IE3 erreichen müssen, während Motoren in bestimmten Leistungsklassen von 75 bis 200 kW seit Juli 2023 die Energieeffizienzklasse IE4 erfüllen müssen. Die Verordnung enthält zudem Effizienzanforderungen für Frequenzumrichter sowie Informationspflichten bei verschiedenen Betriebszuständen der Motoren. Europäische Kommission – Ökodesign-Anforderungen für Elektromotoren.

China verfolgt denselben allgemeinen Kurs. GB 18613-2020 – Zulässige Mindestwerte für die Energieeffizienz und Werte für die Effizienzklassen von Motoren bleibt die derzeit geltende verbindliche nationale Norm und ist seit Juni 2021 in Kraft.

Für einen Gerätehersteller, der in verschiedene Märkte exportiert, bedeutet dies, dass der Wirkungsgrad des Motors bereits in der Konstruktionsphase der Geräte berücksichtigt werden sollte und nicht erst, nachdem die Maschine bereits fertiggestellt ist.

Die veröffentlichte Leistungstabelle für unsere YE3-Asynchronmotoren der Effizienzklasse IE3 führt Modelle der Baugrößen H80–355 mit Nennleistungen von 0,55–315 kW für allgemeine Industriemaschinen auf. Andere Baugrößen und Leistungsangaben müssen für das jeweilige Modell bestätigt werden. Das ausgewählte Modell muss die geforderten Spezifikationen hinsichtlich Wirkungsgrad, Konstruktion und Anwendung erfüllen.

Für Projekte, die einen höheren Wirkungsgrad erfordern, bieten wir YE4 IE4-Drehstrom-Asynchronmotor bietet die nächste Effizienzplattform. Wo die Projektspezifikation oder das Energieziel über den Lebenszyklus hinausgeht, wird die YE5 IE5-Asynchronmotor erweitert den verfügbaren Wirkungsgradbereich.

Für Käufer ist es wichtig, dass IE3, IE4 und IE5 sollten nicht einfach als „gut“, „besser“ und „am besten“ betrachtet werden. Die richtige Wahl hängt von der Anwendung und der Wirtschaftlichkeit der gesamten Maschine ab.

Wann ist der Wechsel von IE3 auf IE4 oder IE5 wirtschaftlich sinnvoll?

Bei einem Motor, der nur gelegentlich in Betrieb ist, kann der Unterschied im Anschaffungspreis bei der Kaufentscheidung eine größere Rolle spielen. Bei einem Motor, der mehrere tausend Betriebsstunden pro Jahr leistet, gewinnt der Stromverbrauch über die gesamte Lebensdauer der Anlage hinweg deutlich an Bedeutung.

Dies gilt insbesondere für im Dauerbetrieb eingesetzte Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren, Förderanlagen und Produktionsmaschinen. Bei diesen Anwendungen sollten Einkäufer mindestens vier Faktoren vergleichen, bevor sie eine höhere Effizienzklasse festlegen:

• jährliche Betriebsstunden;
• die tatsächliche Motorlast und nicht nur die Nennleistung;
• lokale Stromkosten;
• voraussichtliche Nutzungsdauer der Ausrüstung.

So kann beispielsweise die Umstellung von IE3 auf IE4 bei einer kontinuierlich betriebenen Produktionslinie wirtschaftlich sinnvoll sein, bei einer Hilfsmaschine, die nur eine begrenzte Anzahl von Stunden pro Woche in Betrieb ist, jedoch weitaus weniger wichtig.

Aus diesem Grund ziehen wir es in der Regel vor, die Angaben des Kunden zu prüfen Motorleistung, Spannung, Frequenz, Polzahl oder erforderliche Drehzahl, Betriebsart, angetriebene Geräte und jährliches Betriebsmuster bevor eine Effizienzstufe empfohlen wird.

Bei variablen Lasten ist die Energieeffizienzklasse des Motors nur die Hälfte der Entscheidungsgrundlage

Ein häufiger Fehler bei der Beschaffung besteht darin, den Schwerpunkt stark auf die IE-Effizienz zu legen und dabei die tatsächliche Funktionsweise der Anlagen außer Acht zu lassen.

Eine Pumpe, ein Ventilator oder ein Kompressor kann zwar mit einem IE4-Motor ausgestattet sein, dennoch ineffizient arbeiten, wenn der Betrieb häufig weniger als die volle Leistung erfordert und die Leistung des Systems durch mechanische Drosselung oder eine andere ungeeignete Methode geregelt wird.

Die Internationale Energieagentur nennt sowohl die Modernisierung von Antriebssystemen als auch den verstärkten Einsatz von Frequenzumrichtern als wichtige Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz in der Industrie, insbesondere bei Anwendungen mit schwankender Last. IEA – Energieeffizienz 2025: Industrie.

Für diese Art von Anwendung führt die veröffentlichte YVF2-Leistungstabelle Modelle der Baugrößen H200–355 mit Nennleistungen von 18,5–315 kW auf. Andere YVF2-Baugrößen und Leistungsangaben müssen für das jeweilige Modell bestätigt werden. Die Baureihe ist für Industrieanlagen vorgesehen, die einen Betrieb mit einstellbarer Drehzahl erfordern.

Für größere Antriebssysteme bieten wir YVF3 H355–450 Frequenzumrichtermotor umfasst etwa 132–900 kW.

Aus projekttechnischer Sicht lautet die Frage daher nicht mehr:

“Sollten wir IE3 oder IE4 angeben?”

an:

“Handelt es sich hierbei um eine Anwendung mit konstanter Last, oder lässt sich durch die Anpassung der Motordrehzahl an den tatsächlichen Prozessbedarf mehr Energie einsparen als allein durch eine Änderung der Energieeffizienzklasse?”

Dieser Unterschied spielt bei Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren und Prozessanlagen mit wechselnden Betriebsbedingungen eine erhebliche Rolle.

Wo kommt ein Permanentmagnet-Synchronmotor zum Einsatz?

Eine weitere Option, die bei Projekten für hocheffiziente Antriebe zunehmend in Betracht gezogen wird, ist die Synchronmotor mit Permanentmagneten.

Unser TYP-Synchronmotor mit Permanentmagneten Der Leistungsbereich liegt bei etwa 0,75–355 kW und ist für frequenzumrichtergesteuerte industrielle Anwendungen ausgelegt.

Wir raten davon ab, PMSM als universellen Ersatz für einen Drehstrom-Induktionsmotor zu betrachten. Die Entscheidung sollte davon abhängen, ob die Anwendung den Wirkungsgrad und die Eigenschaften der variablen Drehzahl sinnvoll nutzen kann.

Bei einer herkömmlichen Maschine mit konstanter Drehzahl, bei der Einfachheit, vertraute Wartungsverfahren und ein unkomplizierter Austausch im Vordergrund stehen, könnte ein IE3- oder IE4-Induktionsmotor nach wie vor die praktischere Lösung sein.

Bei Anlagen mit hohen jährlichen Betriebsstunden, einem variablen Leistungsbedarf oder einem ehrgeizigen Energieziel über den gesamten Lebenszyklus hinweg kommt ein PMSM bei der Bewertung zunehmend in Betracht.

Für OEM-Einkäufer ist diese Unterscheidung wichtig, da der Wechsel von einem Induktionsmotor zu einem Permanentmagnetmotor auch Auswirkungen auf die Antriebskonfiguration, die Regelungsstrategie und die Auslegung der Anlage haben kann. Er sollte daher bereits in der Konstruktionsphase berücksichtigt werden und nicht als kurzfristiger Austausch des Motors in letzter Minute behandelt werden.

Hochleistungsmotoren erfordern eine andere Berechnung des Wirkungsgrads

Mit steigender Motorleistung gewinnen wirtschaftliche Aspekte noch mehr an Bedeutung.

Unser YE3 H355–450 Hochleistungs-Elektromotor Der Leistungsbereich für große Industrieanlagen liegt bei etwa 160–1.000 kW, während die YVF3-Plattform einen frequenzgeregelten Betrieb für Hochleistungsanwendungen ermöglicht.

Bei diesen Leistungsstufen sollten Kaufentscheidungen nicht allein auf dem Preis des Motors pro Kilowatt basieren. Ein Käufer sollte den erwarteten Betriebspunkt, die jährlichen Betriebsstunden, die Startart, die Lastschwankungen sowie die Frage, ob eine Drehzahlregelung erforderlich ist, berücksichtigen.

Ein Hochleistungsmotor, der kontinuierlich nahe seiner Nennlast betrieben wird, weist einen anderen Wirkungsgrad auf als ein Motor mit ähnlicher Nennleistung, der einen Großteil seiner Betriebszeit bei geringerem Prozessbedarf im Einsatz ist.

Für große Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren, Förderanlagen und schwere Industriemaschinen empfehlen wir daher, die tatsächliches Betriebsprofil vor der endgültigen Festlegung der Motor- und Steuerungskonfiguration.

Wie wir einen energieeffizienten Motor auf ein OEM-Projekt abstimmen

Bei den meisten OEM- und Industrieprojekten beginnen wir die Motorauswahl nicht damit, den Kunden zu bitten, sich zwischen IE3, IE4, IE5 oder PMSM zu entscheiden. Wir gehen von der Maschine aus.

Zu den Informationen, die in der Regel unsere Empfehlung beeinflussen, gehören:

Sobald diese Parameter feststehen, lassen sich die Motorvarianten wesentlich leichter miteinander vergleichen.

Eine Standard-OEM-Maschine lässt sich möglicherweise gut mit einem YE3-IE3-Motor kombinieren. Bei einer im Dauerbetrieb eingesetzten Maschine kann der Einsatz eines YE4- oder YE5-Motors gerechtfertigt sein. Eine Pumpe oder ein Ventilator mit erheblichen Lastschwankungen könnte von einer YVF-Lösung mit variabler Frequenz stärker profitieren. Bei einem Projekt, das einen hohen Wirkungsgrad in Verbindung mit einem Betrieb bei variabler Drehzahl erfordert, kann es sinnvoll sein, die TYP-PMSM-Plattform in Betracht zu ziehen.

Die Richtung bei der Beschaffung von Industriemotoren ist klar

Der Markt für Industriemotoren entwickelt sich in Richtung höherer Effizienz, doch wir gehen nicht davon aus, dass sich alle Anwendungsbereiche auf eine einzige Motortechnologie konzentrieren werden.

Stattdessen werden Käufer zunehmend zwischen folgenden Optionen wählen müssen: Induktionsmotoren der Baureihen IE3, IE4 und IE5, Frequenzumrichtermotoren und Permanentmagnet-Synchronmotoren entsprechend der tatsächlichen Betriebswirtschaftlichkeit der Anlagen.

Dies steht auch im Einklang mit der allgemeinen politischen Ausrichtung außerhalb Chinas. Das US-Energieministerium hat im Jahr 2024 neue und geänderte Energieeffizienzstandards für Elektromotoren mit erweitertem Anwendungsbereich verabschiedet und damit die breitere internationale Entwicklung hin zu effizienteren industriellen Motorsystemen bekräftigt. US-Energieministerium – Erweiterter Geltungsbereich der Normen für Elektromotoren.

Für OEM-Hersteller, Händler und Einkäufer von Industrieprojekten gewinnt die Phase der Motorspezifikation dadurch an Bedeutung. Bei der Auswahl des richtigen Motors geht es zunehmend darum, ein Gleichgewicht zu finden zwischen Energieeffizienzklasse, Anforderungen an die Drehzahlregelung, Betriebsstunden, Auslastungsgrad und Stromkosten über die gesamte Lebensdauer anstatt lediglich den Kaufpreis zu vergleichen.