Auf Grund der historischen Entwicklung wird in Europa, Asien, Australien, dem Großteil von Afrika und Teilen von Südamerika eine Netzfrequenz von 50 Hz verwendet, während sich für die öffentlichen Stromnetze in Nordamerika eine Netzfrequenz von 60 Hz durchgesetzt hat.
Die Angabe der Netzfrequenz ist erforderlich für die Auswahl des elektrischen Antriebes. Bei Pumpen, die mit Wechsel- oder Drehstrommotoren ohne Frequenzumrichter betrieben werden, ändert sich die Motorsynchrondrehzahl im selben Verhältnis, wie die Frequenzen, also von 50 auf 60 Hz um den Faktor 1,2. Entsprechend der Affinitätsgesetze ändern sich dadurch auch die Leistungsdaten der Pumpe.
Für die Anpassung der Leistungsdaten an den Betriebspunkt wird oftmals ein Frequenzumrichter verwendet. Dabei wird die mit Netzfrequenz bezogene elektrische Energie in eine Spannung mit einer anderen Frequenz umgewandelt, um die Motordrehzahl zu ändern.
Die erforderliche Wellenleistung der Pumpe wird als Kennlinie in Abhängigkeit von Förderstrom angegeben. Die Kennlinie ändert sich bei Drehzahländerung der Pumpe entsprechend den Affinitätsgesetzen.
Die Wellenleistung der Pumpe ist direkt proportional zur Dichte des Fördermediums. Bei hochviskosen Medien hängt die Wellenleistung ausserdem von der Viskosität ab.
Je nach Anwendung und Größe der Pumpe wird der Antrieb so ausgelegt, dass die Motorleistung entweder grösser oder gleich
- der Wellenleistung im Betriebspunkt oder
- der maximalen Leistung der Kennlinie,
jeweils zuzüglich eines Sicherheitszuschlages vom mindestens 5%, ist.
Der erforderliche Sicherheitszuschlag hängt von der geforderten Motorleistung ab. Während man bei größeren Motoren den Sicherheitszuschlag auf bis zu 5% reduziert, werden für kleinere Leistungen Zuschläge von über 20% angewendet. Zudem ist die Motornennleistung für Normmotoren noch auf die Umgebungsbedingungen umzurechnen.
Als Symbol für die Wellenleistung wird P
2 verwendet.
n
sync = Synchrondrehzahl
f = Netzfrequenz des Drehstromnetzes
p = Polpaarzahl des Drehstrommotors
Zu beachten ist, dass man in oben genannter Beziehung die Drehzahl in s
-1 erhält, wenn die Frequenz in Hz eingesetzt wird.
| Polpaarzahl |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
| Synchrondrehzahl (bei 50 Hz) n [U/min] |
3000 |
1500 |
1000 |
750 |
600 |
500 |
| Synchrondrehzahl (bei 60 Hz) n [U/min] |
3600 |
1800 |
1200 |
900 |
720 |
600 |
Die Nenn-Volllastdrehzahl von Drehstrom-Asynchronmotoren liegt durch Schlupf um einige Prozent unter der Synchrongeschwindigkeit.
Der Leistungsbedarf oder die Leistungsaufnahme der Pumpe wird darum ebenfalls wie die hydraulische Förderleistung der Pumpe in einem Diagramm dargestellt.
- Es zeigt sich die Abhängigkeit der Antriebsleistung der Pumpe vom Förderstrom.
- Bei vielen Pumpentypen ist bei max. Förderstrom auch der max. Leistungsbedarf der Pumpe erreicht.
Für diesen Punkt wird der Antriebsmotor der Pumpe ausgelegt, wenn die Pumpe über den gesamten Kennlinienverlauf betrieben wird.
Kleinere Pumpen (z.B. Heizungsumwälzpumpen) werden in der Regel mit Motoren bestückt, die den Betrieb über den gesamten Kennlinienverlauf zulassen. Dadurch wird die Typenzahl verringert, und infolge hiervon ist eine einfachere Lagerhaltung für Ersatzteile gewährleistet.
Bei größeren Pumpen werden meist mehrere Motoroptionen angeboten, so dass entsprechend der Betriebsbedingungen der passende Antrieb gewählt werden kann. Liegt der errechnete Betriebspunkt für eine Pumpe z. B. im vorderen Bereich der Kennlinie, so kann der Antriebsmotor entsprechend dem zugehörigen Leistungsbedarf kleiner ausgewählt werden. In diesem Fall besteht jedoch die Gefahr einer Motorüberlastung, wenn der tatsächliche Betriebspunkt bei größerem Förderstrom liegt als errechnet (Rohrnetzkennlinie ist flacher).
Da in der Praxis immer mit einer Verlagerung des Betriebspunktes zu rechnen ist, sollte der Antriebsmotor einer Trockenläuferpumpe ca. 5 — 20% größer ausgelegt werden als der Leistungsbedarf es erfordert.
Für die Betriebskostenberechnung einer Pumpe muss grundsätzlich unterschieden werden zwischen dem mechanischem Leistungsbedarf der Pumpe P2 [kW] (Wellenleistung oder Kupplungsleistung) und der elektrischen Leistungsaufnahme des Antriebsmotors P1 [kW].
Letztere Angabe ist Grundlage der Betriebskostenberechnung. Falls nur der Leistungsbedarf P2 angegeben ist, kann dieser durch Division durch den Motorwirkungsgrad in die Leistungsaufnahme P1 überführt werden.
Die elektrische Leistungsaufnahme P1 [kW] wird angegeben, wenn Pumpe und Antriebsmotor eine in sich gekapselte Einheit bilden wie bei den sog. Nassläuferpumpen. Hier ist es sogar üblich, auf dem Typenschild der Pumpen beide Werte P1 und P2 anzugeben.
Für Aggregate, wo Pumpe und Motor über Kupplung oder starre Wellenverbindung gekoppelt sind, also bei den Trockenläuferpumpen, wird die erforderliche Wellenleistung P2 [kW] angegeben. Das ist bei diesen Pumpenbauformen schon deshalb erforderlich, da die unterschiedlichsten Motorausführungen – angefangen beim IEC-Normmotor bis zum Spezialmotor – mit ihren verschiedenen Leistungsaufnahmen und Wirkungsgraden an die Pumpe angebaut werden.
