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Stern-Dreieck-Schaltung
Während des Stern-Dreieck-Anlaufs schaltet eine entsprechende
Beschaltung der Motoren die Wicklungen von Stern- auf Dreieckschaltung
um. In Sternschaltung reduziert sich die Netzspannung
an jeder Motorwicklung um den Faktor 1/√3, was den Anlaufstrom
auf etwa ein Drittel der Werte in Dreieckschaltung reduziert. Allerdings
belastet die Umschaltung das System mechanisch, da dabei
ein Momentensprung auftritt. Zudem beträgt der Anlaufstrom typischerweise
immer noch das zwei- bis dreifache des Nennstroms,
was bei der Auslegung des Generators zu hoch ist. So scheidet auch
diese Lösung aus. Es bleiben zwei Lösungen übrig: Softstarter und
Frequenzumrichter.
Anlauf mit Softstarter
Eine weitere, weit verbreitete Methode der Anlaufsteuerung eines
Motors sind Softstarter, auch Sanftanlasser genannt. Sie sind heute
in verschiedenen Ausführungen erhältlich und unterscheiden sich
dabei unter anderem in der Anzahl der gesteuerten Phasen. Ein
Softstarter fährt den Motor langsam hoch. Dazu erhöht er mittels
Phasenanschnittsteuerung die Motorspannung innerhalb einer
einstellbaren Anlaufzeit von einer Startspannung bis zur Motornennspannung.
Ebenso kann ein Softstarter auch den Auslauf in
geringem Maß beeinflussen.
Die Anlaufzeit ergibt sich aus den Vorgaben für Startspannung
und Rampenzeit, wobei die Startspannung auch das Losbrechmoment
bestimmt. Die Rampenzeit stellt dabei nicht die tatsächliche
Hochlaufzeit dar, sondern beeinflusst in erster Linie die Spannungsänderung.
Der Strom steigt während der Beschleunigung bis
zu einem Maximum an und fällt beim Erreichen der Nenndrehzahl
auf den Nennstrom zurück. Nachteilig ist, dass der maximale
Strom abhängig von Motor und Last ist, und nur bei genauer
Kenntnis dieser Größen im Vorhinein zu bestimmen ist. Für die
im Beispiel betrachteten Ventilatoren kann der am Softstarter benötigte
Anlaufstrom als Richtwert mit dem 3,5- bis 4,5-fachen des
Nennstroms angenommen werden.
Die Anwendung im Blick
Fordert der Anwender – wie hier im Beispiel – eine Begrenzung
des Anlaufstroms, muss ein Softstarter mit Strombegrenzung zum
Einsatz kommen. Der Anwender stellt dann einen maximal zulässigen
Strom ein. Der Softstarter regelt die Spannung nach, bis dieser
Strom erreicht ist – gleichgültig, ob der Motor bereits hochgelaufen
ist oder nicht. Sinkt der Motorstrom, passt der Softstarter
die Spannung an und erhöht sie, bis entweder der Strom zu hoch
wird oder er die maximale Spannung erreicht. Verfügt der Softstarter
nicht über eine integrierte Strommessung kann der Anwender
den Verlauf der Anlaufspannung vorgeben und somit die Stromaufnahme
beeinflussen.
Die Lösung zeichnet sich durch einen günstigen Preis pro Kilowatt
aus und wird am öffentlichen Netz vom Energieversorgungsunternehmen
häufig auch bei Motoren oberhalb einer Leistung
von 11 kW zugelassen.
Als Nachteil kann sich in manchen Anlagen die begrenzte Anzahl
von Starts pro Stunde erweisen, die aufgrund einer möglichen
Überlastung der Thyristoren gegeben ist. Dies muss bei der Auslegung
des Gerätes deshalb beachtet werden. Zudem besteht die
Gefahr, dass der Motor nicht anläuft, wenn das maximal mögliche
Losbrechmoment aufgrund der Startspannung zu gering ist, um
die Last anzutreiben. Dies führt dann zu einer Überlastung und
ohne einen entsprechenden Überlastschutz bis zu einer möglichen
Zerstörung des Systems.
Antriebstechnik
Anlauf am Frequenzumrichter
Der Frequenzumrichter schließlich erlaubt ein kontrolliertes
Hochfahren des Antriebs mit Nennstrom. Dabei regelt er Spannung
und Frequenz so, dass trotz Nennstroms der Motor bis maximal
zweifachem Moment anlaufen kann. Er stellt eigentlich die
beste und effektivste Lösung dar, denn er garantiert einen kontinuierlichen
und stufenlosen Anlauf. Die einstellbare Strombegrenzung
vermeidet hohe Stromspitzen im Netz und stoßartige Belastungen
in der Maschine oder Anlage. Außerdem gewährleistet er
eine stufenlose Drehzahlregelung des Motors in der Anlage und
die Einstellung des optimalen Arbeitspunktes – im Gegensatz zum
direkt angeschlossenen Motor, der dies nur im stationären Arbeitspunkt
oder Nennbetrieb, erreicht. Ein konstantes Verhältnis von
Spannung zu Frequenz, also der U/F-Kennlinie, sorgt für unabhängige
Arbeitspunkte mit Nennmoment.
Trotz eines höheren Einstiegspreises und leicht erhöhtem Installationsaufwand,
wie gegebenenfalls EMV-Maßnahmen oder Funkentstörfilter,
erweist er sich im Betrieb, gerade bei Lüfter- und
Pumpenanwendungen, als effektives Spartool. Bessere Energieeffizienz,
Prozessoptimierung sowie eine höhere Lebensdauer der Anlage
sind dabei nur einige der technischen und wirtschaftlichen
Faktoren. Außerdem garantiert er eine höhere Drehzahlkonstanz
bei Lastschwankungen und die Möglichkeit des Drehrichtungswechsels
und einen integrierten Motorschutz.
Systemvergleich
Generell ist der Frequenzumrichter bei wechselnden Lasten und
vorgegebener Kunze_Thermosilikon_102x146mm_Layout Strombegrenzung die beste Wahl 1 13.04.11 für das System. 12:26 Seite Al- 1
lerdings erzeugt er im Betrieb dauerhaft Netzrückwirkungen, was
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