Sanftanlasser mit Stärken eines Frequenzumrichters

Seit über hundert 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 mittels Frequenzumrichter und 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.

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

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, zum Beispiel zur Positionierung von Förderbändern, zur Vereinfachung von Wartungsinspektionen und zur Sicherung der vollen Funktionalität einer Anwendung bei der Inbetriebnahme.

Die grundlegende Beziehung zwischen Motordrehzahl und Frequenz  lautet:

n=(2xfx60)/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 auch die Drehzahl entsprechend. Im Gegensatz zu einem Frequenzumrichter erzeugt der PSTX Unterschwingungen der Grundfrequenz (normale Netzfrequenz von 50 oder 60 Hertz) durch das Zünden der Thyristoren in einer bestimmten Reihenfolge.

Die erzeugte Unterschwingung ist vergleichbar mit einer Oberschwingung der Grundfrequenz, nur dass diese statt der höheren eine niedrigere Frequenz als die Grundfrequenz besitzt. 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.

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 PSTX das Eingangssignal nicht zerhackt, sondern nur die notwendigen Teile davon nutzt. Die Thyristoren nutzen Teile der Halbwellen, um die gewünschte Ausgangsfrequenz zu erzeugen.

Auf diese Weise kann der PSTX den Motor auch 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. Um die Laufrichtung des Motors zu ändern, 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 realisiert, doch der PSTX bietet eine einfachere Möglichkeit, um den gleichen Effekt zu erzielen.

Der PSTX kann den Motor mit drei verschiedenen Drehzahlen vorwärts und rückwärts laufen lassen. Mit dem Softstarter bietet ABB eine Drehzahlregelung durch langsamen Tippbetrieb in einer kompakten Größe und zu den geringeren Kosten an und macht diese Funktionalität damit mehr Anlagen und Kunden zugänglich. Für Anwendungen wie den Umkehrbetrieb von Abwasserpumpen sowie die Positionierung von Kranen oder Förderbändern kann vorrübergehend eine niedrige Drehzahl realisiert werden. Um eine einfache Bedienung sicherzustellen, wird der Tippbetrieb wahlweise über eine abnehmbare Tastatur, über Tasten am Gerät oder per Feldbus-Kommunikation gesteuert. bf