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Drehzahlregelung ohne Frequenzumrichter

01  Die Sanftanlasser PSTX bieten kompletten Motorschutz in nur einem Gerät und funktionieren auch bei Last- bzw. Netz-Unregelmäßigkeiten

01  Die Sanftanlasser PSTX bieten kompletten Motorschutz in nur einem Gerät und funktionieren auch bei Last- bzw. Netz-Unregelmäßigkeiten

02  Das Schwingungsspektrum der Sanftanlasser

02  Das Schwingungsspektrum der Sanftanlasser

Der Einsatz von Motoren ist stets mit der Herausforderung verbunden, den Motor so zu starten, dass weder die elektrische Versorgung noch die mechanische Last übermäßig beansprucht werden. Frequenzumrichter erlauben eine exakte Drehzahlregelung, sind aber für einige Anwendungen überdimensioniert. In solchen Fällen bieten sich oft Sanftanlasser an. Zudem ist zum Beispiel der Softstarter PSTX mit vielen Zusatzfunktionen ausgestattet.

Seit über 100 Jahren bietet ABB Elektromotoren ­sowie Lösungen zum Anlassen von Motoren an. Zunächst konzentrierten sich diese auf verschiedene Verfahren zum ­direkten Anlassen und Auslaufen mithilfe von Trennschaltern und Schützen. Mit der Einführung drehzahlgeregelter Antriebe konnte später die Drehzahl des Motors geregelt werden. Seit den 1980er-Jahren bietet der Sanftanlasser einen Kompromiss zwischen dem sanften Anlassen und Auslaufen mittels Frequenzumrichter sowie der kompakten Größe und den niedrigeren Kosten eines direkten Netzanschlusses. Sanftanlasser basieren wie Frequenzumrichter auf Halbleitertechnik, werden aber normalerweise umgangen, sobald der Motor seine Drehzahl erreicht hat. Mit dem Softstarter PSTX (Bild 1) wird die Lücke zwischen Sanftanlassern und Frequenzumrichtern weiter verringert.

Tippbetrieb ermöglicht Drehzahländerung
Der PSTX enthält viele Funktionen, die vorher nur mit Frequenzumrichtern zur Verfügung standen – ohne die ­wesentlichen Stärken des Sanftanlassers, wie seine kompakte Größe, geringere Wärmeentwicklung und niedrigeren ­Kosten, zu beeinträchtigen. Eine benutzerfreundliche und übersichtliche Anzeige spart Zeit und Ressourcen bei ­Einrichtung und Betrieb. Die abnehmbare Tastatur ist ­serienmäßig bei allen PSTX-Softstartern enthalten. Zu den ­integrierten Funktionen gehören u. a. Über- und ­Unterspannungsschutz, Notlaufbetrieb, Motorbremse ­sowie Motorheizung. Mit PT-100, Fehlerstromschutz und Über-/Unterspannungsschutz sichert der Sanftanlasser zudem den Motor. Ein innovatives Merkmal ist der langsame Tippbetrieb. Diese Funktion bietet die Möglichkeit, den Motor mit reduzierter Drehzahl laufen zu lassen.
Im langsamen Tippbetrieb kann der Motor mit drei verschiedenen reduzierten Drehzahlen sowohl vorwärts als auch rückwärts betrieben werden. Aufgrund der Proportionalität zwischen der Frequenz und der Motordrehzahl lässt sich die Drehzahl des Motors durch Reduzieren der Ausgangsfrequenz des Softstarters senken. So ist eine vorübergehende Drehzahlregelung eines Motors ohne Frequenzumrichter möglich.
Ein wiederkehrendes Problem bei Pumpanwendungen sind verstopfte Rohrleitungen und blockierte Pumpen. Die Kombination der Funktionen „rückwärts Tippen“ und „Kickstart“ ermöglicht eine Lösung zur Pumpenreinigung. Der Tippbetrieb kann noch in vielen weiteren Situationen genutzt werden, z. B. zur Positionierung von Förderbändern, zur Vereinfachung von Wartungsinspektionen und zur ­Sicherung der vollen Funktionalität einer ­Anwendung bei der Inbetriebnahme.

Unter- statt Oberschwingungen
Wird die Frequenz des Sanftanlassers reduziert, sinkt auch die Drehzahl. Im Gegensatz zu einem Frequenzumrichter erzeugt der PSTX Unterschwingungen der Grundfrequenz (normale Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz) durch das Zünden der Thyristoren in einer bestimmten Reihenfolge. Die erzeugte Unterschwingung ist mit einer Oberschwingung der Grundfrequenz vergleichbar, nur dass diese statt der höheren eine niedrigere Frequenz als die Grundfrequenz hat. Daher kann man die Grundfrequenz als eine Oberschwingung oder Harmonische der erzeugten Unterschwingung betrachten. Um die niedrigere Frequenz zu erzeugen, werden die Thyristoren gezündet, wenn sich die Kurven der Grundfrequenz und der gewünschten Unterschwingung schneiden (Bild 2). In Bild 2 entspricht die hellgrüne Linie der siebten Unterschwingung und die dunkelgrüne Linie der fünften Unterschwingung. Beide stehen für zwei verschiedene Motordrehzahlen. Die vertikalen violetten und roten Markierungen kennzeichnen das Zündsignal für den positiven bzw. negativen Thyristor.
Die Erzeugung einer niedrigeren Frequenz bietet Vorteile gegenüber der Verwendung eines Frequenzumrichters. Zum Beispiel werden nicht annähernd so viele Harmonische ­erzeugt wie mit einem Frequenzumrichter in der gleichen Situation: Der PSTX zerhackt nicht das Eingangssignal, sondern nutzt nur die notwendigen Teile davon. Die Thyristoren verwenden Teile der Halbwellen, um die gewünschte Ausgangsfrequenz zu erzeugen.

Verschiedene Drehzahlen auch im Rückwärtslauf
Der PSTX lässt den Motor mit verschiedenen niedrigen Drehzahlen vorwärts laufen. Die gleiche Methode zur ­Erzeugung niedrigerer Frequenzen kann auch zumk Einsatz kommen, um den Motor rückwärts laufen zu lassen. Um die Laufrichtung des Motors zu ändern, muss das Magnetfeld seine Drehrichtung umkehren. Dies lässt sich durch die Änderung der Reihenfolge, in der die Phasen angesteuert werden, erreichen. Normalerweise geschieht dies durch ­Tauschen zweier Phasen mithilfe von zwei Schützen. Der PSTX bietet jedoch eine einfachere Möglichkeit, um den gleichen Effekt zu erzielen. Er kann den Motor entsprechend den verschiedenen Unterschwingungen mit drei verschiedenen Drehzahlen vorwärts und rückwärts laufen lassen.
Mit dem PSTX gibt es eine Drehzahlregelung durch langsamen Tippbetrieb in einer kompakten Größe und zu geringeren Kosten. Vorteile bietet die Möglichkeit, vorübergehend eine niedrige Drehzahl für Anwendungen wie den Umkehrbetrieb von Abwasserpumpen zur Reinigung oder die Positionierung von Kranen oder Förderbändern zu nutzen. Der Tippbetrieb wird entweder über eine abnehmbare Tastatur, über Tasten am Gerät oder per Feldbus-Kommunikation gesteuert. (no)

Hans-Dieter Meissner ist Product Marketing ­Specialist bei ABB Stotz-Kontakt. info.desto@de.abb.com

Hans-Dieter Meissner ist Product Marketing ­Specialist bei ABB Stotz-Kontakt. info.desto@de.abb.com

Carl Thorstensson ist Global Product Manager Softstarter bei ABB.

Carl Thorstensson ist Global Product Manager Softstarter bei ABB.

Joakim X. Jansson ist Global Product Specialist Softstarter bei ABB.

Joakim X. Jansson ist Global Product Specialist Softstarter bei ABB.