Um den reibungslosen Betrieb eines Hochofens zu gewährleisten, muss das Gebläse ausreichend Luftvolumen erzeugen, das mitunter Hunderttausende Kubikmeter pro Stunde erreicht und eine Antriebsleistung von mehreren zehn Megawatt erfordert. Die neueste Antriebstechnik kombiniert einen robusten Hochspannungs-Synchronmotor mit einem speziell entwickelten Anlauffrequenzumrichter und sichert so den Produktionsbetrieb unter Volllast. Dieses System ist nicht nur äußerst zuverlässig, sondern reduziert auch die Anlaufzeit im Vergleich zu herkömmlichen Antriebssystemen deutlich. Die Stadt Anshan in der nordostchinesischen Provinz Liaoning ist bekannt für ihre Stahlindustrie. Die Anshan Iron and Steel Group belegt den dritten Platz unter den chinesischen Stahlunternehmen. Das Unternehmen modernisiert sich derzeit und installiert unter anderem ein neues Hochofengebläse. MAN-Turbomaschinen mit Sitz in Zürich, Schweiz, erhielt den Auftrag zur Lieferung und Installation des Gebläses. Siemens lieferte die fortschrittliche Antriebstechnik. Aufgrund des hohen Luftvolumenbedarfs muss das Hochofengebläse eine Fördermenge von 460.000 m³/h erreichen und benötigt dafür eine Nennantriebsleistung von 42 MW. Während des Hochofenbetriebs muss das Gebläse unter Volllast laufen. Typischerweise werden die Gebläse bei Hochöfen nur etwa alle vier bis acht Wochen nach der Hochofenwartung in Betrieb genommen. Nach der Inbetriebnahme ist eine Drehzahlregelung im geschlossenen Regelkreis nicht mehr erforderlich. Dennoch müssen solch große Antriebssysteme kontrolliert betrieben werden, um gefährliche elektrische oder mechanische Lastspitzen zu vermeiden. In diesem Fall ist die Drehzahlregelung im geschlossenen Regelkreis herkömmlichen Anlaufmethoden deutlich überlegen. Die Optimierung des Anlaufs ist entscheidend, da die Anlaufströme 400 % bis 500 % des Nennstroms des Motors erreichen können. Daher dürfen Motoren mit einer Nennleistung von mehreren zehn Megawatt nicht direkt an das Stromnetz angeschlossen werden. Aktuell verwendete Motoren weisen Anlaufströme von bis zu 2737 A auf. Obwohl die Kurzschlussfestigkeit des Stromnetzes des Stahlwerks hoch ist, ist der durch die Stromspitzen verursachte Spannungsabfall dennoch erheblich. Der direkte Anschluss solcher Hochleistungsmotoren an das Stromnetz würde Drehmomentschwankungen verursachen, die das Gebläsesystem zusätzlich belasten und zu vorzeitigem Verschleiß oder gar Ausfall führen würden. Um solche Folgen zu vermeiden, wurden in der Vergangenheit üblicherweise traditionelle Anlaufverfahren eingesetzt. Zu diesen Verfahren zählen Strombegrenzungsdrosseln, Spartransformatoren und Motorgeneratoren. Dennoch benötigen sie beim Anlauf etwa 30–40 % der Nennleistung. Traditionelle Anlaufgeräte stoßen daher bei der Lösung dieses Problems an ihre Grenzen und sind kostspielig. Aus diesem Grund wurden in den letzten Jahren elektronische Anlauffrequenzumrichter entwickelt. Durch die Ausstattung des Hochofengebläses bei Ansteel mit einem solchen Umrichter kann der Motor innerhalb von nur ein bis zwei Minuten ohne Schwankungen von der Versorgung über den Anlauffrequenzumrichter auf die Versorgung über das Stromnetz umschalten. Dies reduziert die Belastung des Stromnetzes und der gesamten mechanischen Übertragungsleitung. Das Ergebnis sind geringerer Bauteilverschleiß und eine längere Lebensdauer. Gleichzeitig ist die hohe Zuverlässigkeit des Anlauffrequenzumrichters von großer Bedeutung. Schlägt beispielsweise ein Anlauf fehl, kommt es während des Anlaufs sofort zu einem Spannungsabfall, der einen neuen Anlaufversuch ermöglicht, ohne Schäden zu verursachen. Dies liegt daran, dass dieses Anlaufverfahren keine thermische Belastung des Rotors verursacht. Hierin liegt der Unterschied zwischen dem Anlauf mit einem Strombegrenzungsreaktor oder Spartransformator und dem Anlauf mit Frequenzumrichter. Beim Anlauf aus dem Stillstand arbeitet der Motor wie ein Synchronmotor. Die Erfolgsquote des Anlaufs mit Frequenzumrichter liegt bei über 99 % und ist damit deutlich höher als bei herkömmlichen Anlaufmethoden. Dies ist ein entscheidender Schritt hin zu einer hohen Auslastung und erheblichen Kosteneinsparungen in Hochofenanlagen. Denn so wird der Worst-Case-Fall herkömmlicher Anlaufmethoden vermieden: Wird der Anlauf unterbrochen, muss der Hochofen voll beladen abkühlen, was zu einer Ausfallzeit von über 10 Tagen führt. Das abgestimmte Antriebssystem wählte für die optimale Kombination aus Motor und Frequenzumrichter den H-Modyn-Synchronmotor in Verbindung mit dem speziell für diesen Motortyp entwickelten Anlauffrequenzumrichter Simovert S. Diese Kombination erwies sich als besonders effektiv. Das Stahlwerk Anshan setzte einen bipolaren Schenkelpol-Synchronmotor ein – den bisher größten Motor der neuen H-Modyn-Serie. Die H-modyn-Motorenserie ist eine neue Baureihe und ersetzt den bewährten Hochspannungsmotor H-moflex. Die H-modyn ist genauso langlebig und zuverlässig wie ihre Vorgänger und bietet die gleichen Nennwerte bei minimalem Wartungsaufwand. Sie ist jedoch leichter, deutlich kompakter und wartungsfreundlicher. Das neu gestaltete Motorgehäuse lässt sich einfacher befestigen und montieren als bei den Vorgängermodellen. Die Haupt- und Hilfsanschlusskästen sind am Sockel und nicht am Gehäuse montiert. Dadurch sind alle Anschlüsse des Statorwicklungssensorsystems vom Motorgehäuse getrennt, sodass beim Anheben des Motorgehäuses keine elektrischen Verbindungen gelöst werden müssen. Der Wechselrichter Simovert S wurde speziell für den Betrieb von Synchronmotoren entwickelt. Der Simovert S ist ein volldigitaler, dreiphasiger Thyristor-Brücken-Wechselrichter. Er nutzt ein Multiprozessorsystem für die Regelung im offenen und geschlossenen Regelkreis. Alle Komponenten, von der Regelung und Stromversorgung bis hin zur Signalanpassung und den Klemmenblöcken für externe Signale, sind kompakt im Schaltschrank integriert. Die DC-Bus-Drossel und das Thyristormodul sind platzsparend in das Leistungsgehäuse integriert. Die Drosseln an den beiden unabhängigen DC-Bussen sind antigekoppelt – eine von Siemens patentierte Technologie. Diese Schaltungsstruktur ermöglicht eine deutlich kleinere DC-Bus-Drossel, die nur 60 % der in herkömmlichen Leistungsschaltungen verwendeten Drossel ausmacht. Dank seiner einfachen Konstruktion ist der Simovert S-Wechselrichter äußerst zuverlässig und nahezu wartungsfrei. Für das Ansteel-Projekt sind zwei Simovert S-Frequenzumrichter mit je 4,5 MW Nennleistung parallel geschaltet, um die für den Anlauf benötigten 9 MW Leistung bereitzustellen. Das Antriebssystem mit einem der Hochofengebläse von Ansteel wurde im Juni 2003 in Betrieb genommen, das zweite Antriebssystem folgt in Kürze. Die Bedeutung von Lösungen für die schnell wachsende chinesische Stahlindustrie, wie beispielsweise Ansteel, wird immer deutlicher. Denn mit der Globalisierung des Marktes gewinnen Effizienz und Verfügbarkeit von Anlagen und Systemen weltweit, auch in China, zunehmend an Bedeutung.