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Aktuelles über Umrichter

Frequenzumrichter, Gleichstromumrichter, Regler, Energiespeicher, Sanftanlauf

igel0114Fachartikel

Hannover Messe Halle 12, Stand D73

Igel Electric präsentiert den von Grund auf neu entwickelten, digitalen Sanftanlasser ISA-SL3, der die in den letzten 13 Jahren mehreren Facelifts unterzogene Baureihe ISA-DS ablösen wird. In die Entwicklung sind neben Erkenntnissen aus dem Mittelspannungsbereich vor allem die Erfahrungen aus mehreren kundenspezifischen Entwicklungsprojekten eingeflossen. Die erstmals verwendete induktive galvanische Trennung des Leistungsteils vom Steuerteil macht den ISA-SL3 gegenüber oberwellenbelastete Versorgungsnetzte unempfindlich und ist somit bestens für zukünftige Anforderungen und Ereignisse gerüstet.


So wurden vor allem in den letzten Jahren neue Bauteile implementiert und getestet, die dann mit einer ausreichenden Felderfahrung in die Produktserie ISA-SL3 übernommen wurden. Aus technischer Sicht, hat sich die grundlegende Technologie der Sanftanlasser in den letzten Jahren nicht verändert. Neue Bauteile bieten eher die Möglichkeit einer Optimierung der Größe und Performance der Geräte. Markttechnisch gibt es eine Tendenz zu komplexeren Lösungen.

Diese Tendenz ist in erster Linie der Annäherung der Sanftanlasser an die Frequenzumrichter geschuldet, während die ersten Geräte doch eher mit einer Stern-/Dreieckschaltung verglichen wurden. Somit gab er zwei grundlegende Faktoren, die das Design und die Performance der neuen Produktserie maßgeblich bestimmt haben: Erfahrungen und Probleme mit der jetzigen Baureihe ISA-DS sowie Erfahrungen und Wünsche unserer Kunden und Anwender.

Fehler sollen vermieden werden

Gerade der erste Punkt „Fehlervermeidung“ hat zu einer grundlegenden Neuentwicklung des Sanftanlassers geführt. Aufgrund der immer größer werdenden Belastung der Versorgungsnetze durch Oberwellen ist es in einigen Applikationen zu Ausfällen der Geräte gekommen. In Kombination mit einem IT-Netz, wie es auf Schiffen und in der chemischen Industrie zu finden ist, trat eine Häufung der Ausfälle auf. Das Problem dieser Fehler ist die temporäre Belastung der Netze durch Oberwellen je nach Last und jeweils zugeschalteten Verbrauchern. Gerade diese temporären, manchmal nur Sekunden dauernden Zustände, machen eine Fehlersuche nahezu unmöglich. Die Auswirkung der Oberwellen ist jedoch bei allen Ursachen gleich. So werden bestimmte Resonanzfrequenzen von internen Schaltungen getroffen und durch den hohen Stromfluss beschädigt. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde eine grundlegende Änderung im Aufbau der Sanftanlasser durchgeführt.

Bei der ISA-SL3 Geräteserie wurde eine durchgängige galvanische Trennung der Leistungsebene von der Steuerebene implementiert. Neben Optokopplern für die energielosen Signale wurde eine induktive Technologie verwendet, die eine Übertragung der Zündsignale ermöglicht. Die Kombination aus durchgängiger galvanischer Trennung, kombiniert mit der induktiven Übertragungstechnik, stellt eine Lösung dar, bei der Störungen durch ein oberwellenbelastetes Versorgungsnetz ausgeschlossen werden können. Diese Technologie wird derzeit weltweit ausschließlich bei der ISA-SL3 Produktserie eingesetzt. Aufgrund von Serviceauswertungen der letzten Jahre, geht die Entwicklungsabteilung von einer Reduzierung der Rückläufer von deutlich über 50 % aus.

Individuelles Produktdesign

Das applikations- und kundenorientierte Produktdesign stellte den zweiten maßgeblichen Faktor der Entwicklung dar. Zur besseren Bedarfsanalyse wurden die Kunden in vier Gruppen aufgeteilt: Schaltanlagenbauer und Systemintegratoren, Endkunden, Planungsbüros, sowie Brand Label Partner und Exportkunden. Bei allen Kunden gleichauf steht wohl die Zuverlässigkeit, einfache Bedienbarkeit und Kostenoptimierung auf dem Wunschzettel.

Wie eingangs erwähnt, wurde gerade der Zuverlässigkeit die höchste Priorität erteilt. Durch den Einsatz bereits erprobter Komponenten und der neuartigen galvanischen Trennung hat die Zuverlässigkeit gegenüber dem Vorgängermodel nochmals deutlich zugenommen. Zur einfachen Bedienbarkeit der Sanftanlasser wurde bewusst auf international gängige Standards gesetzt. So verfügen die Geräte über eine Standard USB Schnittstelle die zusammen mit einer windowsbasierten Software die Parametrierung und Überwachung der Sanftanlasser ermöglicht. Natürlich können die Parameter gespeichert, die Daten per E-Mail versendet und auch wieder zurück gespielt werden. Das Thema Kostenoptimierung wurde nicht nur auf den Faktor billig reduziert, sondern darüber hinaus ganzheitlich betrachtet. So gibt es tatsächlich eine günstigere Variante der Sanftanlasser, die in diesem Fall auf die Ansteuerung der Motoren über nur zwei geschaltete Phasen setzt.

In viele Standardapplikationen hat sich diese Technik am Markt bereits etabliert und wird durch die ISA-SL3 Serie erstmals in bis zu 600 kW erhältlich sein. Ein anderer wesentlicher Faktor der Kostenoptimierung stellt die Lager- und Ersatzteilkosten Reduzierung dar. In diesem Punkt wurde konsequent auf eine kundenseitig durchführbare Konfiguration der Geräte geachtet. So stellt der eigentliche Sanftanlasser nur die Grundvariante dar. Alle eventuell benötigten Optionen sind vom Kunden später nachrüstbar und zwar im Plug and Play Modus. Das bedeutet beispielsweise, dass eine Profibuskarte in den freien Steckplatz gesteckt wird und der Sanftanlasser automatisch diese Optionskarte erkennt und einbindet.

Neben den allgemein gültigen Anforderungen an ein kundenfreundliches Produkt gibt es natürlich auch kundenspezifische Wünsche. So möchte der Schaltanlagenbauer bzw. Systemintegrator einen Standardlieferanten für alle Sanftanlasser-Anwendungen haben. In der globalisierten Welt bedeutet das einen weiten Bereich an Spannungen/Strömen und Netzfrequenzen. Mit dem Spannungsbereich von 230 bis 690 V und 8 A bis 1100 A deckt die ISA-SL3 Produktserie mehr als 90 % der Marktanforderungen ab. Für größere Leistungen und Spannungen kann hausintern auf andere Produkt zurückgegriffen werden. Weiterhin steht eine kurze Lieferzeit mit ganz oben auf der Wunschliste. Auch hier hilft die modulare Bauweise, das entsprechende Gerät ab Lager liefern zu können.

Der Endkunde hingegen denkt mehr einsatz- bzw. applikationsbezogen. Die Elektrofachkraft möchte eine optimale Startperformance für seine Anlage. Hier bietet der ISA-SL3 verschiedene Pumpenkurven, Drehmomentkurven, Schutzfunktionen und Stoppkurven. Gerade im industriellen Umfeld ist eine Minimierung der Stillstandszeit ein wichtiges Ziel. In einem Fehlerfall kommt es vordergründig erst mal auf eine schnelle Reparatur an. Die vollständige Wiederherstellung der Anlage kann dann beim nächst geplanten Stillstand durchgeführt werden. Genau hier setzt ein neuartiges Feature des ISA-SL3 an. Im Falle eines Fehlers in einer Leistungsphase (Thyristorfehler) kann diese Phase extern durch ein Kabel überbrückt werden und der Sanftanlasser danach ohne weitere Arbeiten direkt wieder in Betrieb genommen werden. Das Gerät erkennt die Brücke automatisch und arbeitet dann im 2 Phasenbetrieb weiter.

Optimierungspotential beim Planungsaufwand

Bei den Planungsbüros sieht der Hersteller ein großes Optimierungspotential im Bereich des Planungsaufwandes. So wird der gesamte Einsatzbereich mit nur einer Produktserien abgedeckt, die zudem immer die gleiche Steuereinheit besitzt. Dadurch kann immer auf die gleichen Anschlussbausteine zurückgegriffen werden. Des Weiteren wird die Auswahl des jeweiligen Sanftanlassers erleichtert, wenn das Gerät über die im Projekt geforderte Zulassung verfügt. Wie schon bei der ISA-DS Serie verfügt auch der ISA-SL über alle gängigen internationalen Zulassungen, so dass nicht nur die technischen Parameter sondern auch die rechtliche Seite betrachtet wird.

Als größter Kundenbereich wurden die Brand Label Partner und Exportkunden betrachtet. Neben vielen im Vorfeld bereits erwähnten Anforderungen, steht hier die Produktindividualisierung im Vordergrund. Durch den Einsatz einer leiterplattenmontierten Bedien- und Anzeigeeinheit sind dem Design der Kunststoffabdeckung nahezu keine Grenzen gesetzt. Somit kann ein möglicher Brandlabel Partner das Gerät völlig eigenständig gestalten, ohne hohe Investitionskosten zu generieren. Darüber hinaus kann der Partner über ein einfaches Excel basiertes Tool die komplette Parameterbenennung nach seinen Wünschen anpassen und ändern. Das ermöglicht nicht nur die Pflege von jeder erdenklichen Sprache, sondern reicht bis zu personalisierten Fehlermeldung wie „Pumpe 23 Übertemperatur Lager“.

Keiner speziellen Kundengruppe zuzuordnen und somit eine Art Spezialfeatures runden die Möglichkeiten der ISA-SL3 Produktserie ab. Für bestimmte Anwendungsfälle werden Sanftanlasser in der so genannten Wurzel 3 Schaltung angeschlossen. Dadurch reduziert sich der Anlassernennstrom um den Faktor „Wurzel 3“, so dass in der Regel auf das nächst kleinere Produkt zurückgegriffen werden kann. Gesamtbilanztechnisch wird diese Kostenersparnis in der Regel aber durch den Mehraufwand der 6 Motorleitungen wieder aufgebraucht. Die Wurzel 3 Funktion verfügt erstmalig auch über eine automatische Erkennung einer falschen Verdrahtung, was einen echten Mehrwert für die Anwender darstellt.

Im Niederspannungsbereich auch eher eine seltene Anwendung ist die Multi Motor Steuerung. Hier werden mit Hilfe von nur einem Sanftanlasser mehrere Motoren in einer Kaskade nacheinander gestartet und durch eine externe Schaltung überbrückt. Auch hier gilt das gleiche wie bei der Wurzel 3 Schaltung, dass die Zusatzkosten der Installation die Preisersparnis bei den Sanftanlasser wieder eliminiert.

Für den einen oder anderen Kunden ist der Eventspeicher der letzten 99 Ereignisse mit jeweiligem Zeitstempel von Interesse, genauso wie eine optionale Motorisolationsmessung und das frontseitig mögliche Firmware Update über den Bootloader.
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