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ABB

Sanftanlasser übernehmen viele Funktionen eines Frequenzumrichters

| Autor / Redakteur: Carl Thorstensson / Stefanie Michel

Die Softstarter PSTX wurden mit vielen Funktionen ausgestattet, die vorher nur mit Frequenzumrichtern zur Verfügung standen.
Bildergalerie: 4 Bilder
Die Softstarter PSTX wurden mit vielen Funktionen ausgestattet, die vorher nur mit Frequenzumrichtern zur Verfügung standen. (Bild: ABB)

Sanftanlasser oder Frequenzumrichter? Abgesehen von den Preisunterschieden hat jede Lösung ihre Vor- und Nachteile. Doch mit einer neuen Softstarter-Reihe wird deutlich: Die günstigen Geräte können immer mehr Funktionen eines Frequenzumrichters übernehmen.

Seit über 100 Jahren gehört ABB zu den führenden Entwicklern von Elektromotoren. 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. So ist es wenig überraschend, dass ABB ebenso lange wie Elektromotoren auch Lösungen zum Anlassen von Motoren anbietet. 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.

In den 1980er-Jahren kam der Sanftanlasser als Kompromiss zwischen dem sanften Anlassen und Auslaufen mithilfe eines Frequenzumrichters sowie der kompakten Größe und den niedrigeren Kosten eines direkten Netzanschlusses auf den Markt (ein Sanftanlasser basiert wie ein Frequenzumrichter auf Halbleitertechnik, wird aber normalerweise umgangen, sobald der Motor seine Drehzahl erreicht hat).

Sanftanlasser mit Funktionen der Frequenzumrichter ausgestattet

Seitdem hat ABB mehrere Generationen von Sanftanlassern entwickelt. Eine Kundenumfrage zu möglichen Verbesserungen dieser Geräte ergab den Wunsch, die Lücke zwischen Sanftanlassern und Frequenzumrichtern weiter zu verringern. Die Antwort von ABB ist der Softstarter PSTX (Bild 1).

Um die Lücke zwischen Sanftanlassern und Frequenzumrichtern zu verringern, hat ABB den PSTX mit vielen Funktionen ausgestattet, die vorher nur mit Frequenzumrichtern zur Verfügung standen – und dies, ohne die wesentlichen Stärken des Sanftanlassers wie seine kompakte Größe, geringere Wärmeentwicklung und niedrigeren Kosten zu beeinträchtigen (Bild 2). Zu den Funktionen des PSTX gehören unter anderem Über- und Unterspannungsschutz, Notlaufbetrieb, Motorbremse und Motorheizung. Das innovativste Merkmal ist der langsame Tippbetrieb. Diese Funktion bietet die Möglichkeit, den Motor mit reduzierter Drehzahl laufen zu lassen, und schließt so die Lücke zum Frequenzumrichter.

Mithilfe des PSTX-Softstarters lässt sich die Drehzahl eines Motors ohne Frequenzumrichter regulieren. 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 kann die Drehzahl des Motors durch Reduzieren der Ausgangsfrequenz des Softstarters gesenkt werden. So ist eine vorübergehende Drehzahlregelung eines Motors ohne einen großen und teuren Frequenzumrichter möglich.

Ein wiederkehrendes Problem bei Pumpanwendungen sind verstopfte Rohrleitungen und blockierte Pumpen. Durch Kombination der Funktionen „rückwärts Tippen“ und „Kickstart“ bietet der PSTX eine Lösung zur Pumpenreinigung. Doch der Tippbetrieb kann in vielen weiteren Situationen genutzt werden, beispielsweise zur Positionierung von Förderbändern, zur Vereinfachung von Wartungsinspektionen oder zur Sicherung der vollen Funktionalität einer Anwendung bei der Inbetriebnahme.

Sanftanlasser erzeugt Unterschwingungen

Die Beziehung zwischen Motordrehzahl und Frequenz lautet: n = (2 × f × 60) / p. Wobei n der Anzahl der Umdrehungen des Motors in der Minute, f der Frequenz und p der Polzahl des Motors entspricht. Wird die Frequenz des Sanftanlassers reduziert, sinkt entsprechend die Drehzahl. Im Gegensatz zu einem Frequenzumrichter erzeugt der PSTX Unterschwingungen der Grundfrequenz (normale Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz) durch das Zünden der Thyristoren in einer bestimmten Reihenfolge.

Ergänzendes zum Thema
 
Betrieb des Motors mit drei verschiedenen Drehzahlen möglich

Die erzeugte Unterschwingung ist vergleichbar mit einer Oberschwingung, die statt einer höheren eine niedrigere Frequenz als die Grundfrequenz aufweist. Deshalb 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.

Vorteile gegenüber der Verwendung eines Frequenzumrichters

In Bild 3 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 beziehungsweise negativen Thyristor.

Die Erzeugung einer niedrigeren Frequenz bietet viele Vorteile gegenüber der Verwendung eines Frequenzumrichters. Zum Beispiel werden nicht annähernd so viele Harmonische erzeugt wie mit einem Frequenzumrichter in der gleichen Situation, weil der Softstarter das Eingangssignal nicht zerhackt, sondern nur die notwendigen Teile davon nutzt. Die Thyristoren leiten Teile der Halbwellen, um die gewünschte Ausgangsfrequenz zu erzeugen. Bild 4 zeigt, wie die siebte Unterschwingung für alle drei Phasen erzeugt wird.

Softstarter kann Motor vor- und rückwärts laufen lassen

Der Softstarter kann den Motor mit verschiedenen niedrigen Drehzahlen vorwärts laufen lassen. Die gleiche Methode zur Erzeugung niedrigerer Frequenzen kann auch verwendet werden, um den Motor rückwärts laufen zu lassen. Zum Ändern der Laufrichtung des Motors muss das Magnetfeld seine Drehrichtung umkehren. Dies kann durch Änderung der Reihenfolge, in der die Phasen angesteuert werden, erreicht werden. Normalerweise wird dies durch Tauschen zweier Phasen mithilfe von zwei Schützen erreicht, doch der PSTX bietet eine einfachere Möglichkeit, um den gleichen Effekt zu erzielen: Er kann den Motor entsprechend den verschiedenen, in Bild 4 dargestellten Unterschwingungen mit drei verschiedenen Drehzahlen vorwärts und rückwärts laufen lassen.

Mit dem PSTX bietet ABB eine Drehzahlregelung durch langsamen Tippbetrieb in einer kompakten Größe und zu den niedrigeren Kosten eines Sanftanlassers und macht diese Funktionalität damit vielen Anlagen und Kunden zugänglich. Erhebliche Vorteile bietet insbesondere die Möglichkeit, einer vorübergehenden niedrigen Drehzahl für Anwendungen wie beispielsweise den Umkehrbetrieb von Abwasserpumpen zur Reinigung oder die Positionierung von Kranen oder Förderbändern. Um eine einfache Bedienung sicherzustellen, kann der Tippbetrieb über eine abnehmbare Tastatur, über Tasten am Gerät oder per Feldbuskommunikation gesteuert werden.

* Carl Thorstensson ist Projektmanager bei ABB Low Voltage Products in 72132 Västerås (Schweden).

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