Motorschutzschalter-Typen & wesentliche Anwendungsrichtlinien

Einen Industriemotor starten

Ein industrieller Motorschutzschalter ist ein Gerät, das die erforderliche Leistung für einen dreiphasigen Asynchronmotor zum Starten bereitstellt. Jeder Elektromotor zieht den meisten Strom (fünf- bis sechsmal Nennstrom), wenn der Motor blockiert ist. Während der Startphase ist der Motor blockiert, wenn Spannung angelegt wird und der Motor gerade anfängt, sich zu drehen.

In der Theorie klingt es einfach, aber es gibt viele verschiedene Wege, wie ein Designer oder Ingenieur einen Wechselstrom-Asynchronmotor starten und schützen kann. Einige Wege sind effizienter als andere.

 

Abbildung 1. Ein manueller/Schalter-Motorschutzschalter. Bild mit freundlicher Genehmigung von Siemens

 

Auf grundlegender Ebene ermöglicht ein Motorschutzschalter Strom, der die Nennleistung des Leitungsschutzschalters oder der Sicherung für einen kurzen Zeitraum übersteigt, bis der Motor mit Nenngeschwindigkeit dreht. Der Schutzschalter kann auch ermöglichen, den Motor in umgekehrter Richtung zu starten.

 

Typen von Motorschutzschaltern

Manuell: Ein manueller Schutzschalter ist der einfachste Typ. Im Wesentlichen ein Schalter mit Überlastschutz. Dieser Typ wird nur bei Motoren mit geringerer Leistung und nur bei Motoren verwendet, die beim Start nicht physisch blockiert sind. Ein Motor, der ein Schwungrad antreibt, würde beispielsweise keinen manuellen Schutzschalter verwenden, aber eine Pumpe könnte einen nutzen.

Magnetisch: Dieser Schutzschalter-Typ nutzt einen Schütz oder ein großes Relais, um den Motor ein- oder auszuschalten. Ein Ingenieur würde das Schütz über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder einen anderen Automatisierungscontroller steuern. Der magnetische Typ ähnelt dem manuellen, außer dass ein kleines Spannungssignal das Schütz steuern kann.

Umschaltend (Reversing): Ein umschaltender Schutzschalter verwendet zwei Schütze parallel, um die Phasen zu ändern, damit der Motor rückwärts läuft. Wiederum löst ein kleines Spannungssignal von einem Steuersystem die Drehrichtung des Motors (im oder gegen den Uhrzeigersinn) aus.

 

Abbildung 2. Ein umschaltender Schutzschalter. Bild mit freundlicher Genehmigung von Bay Power

 

Sanftanlauf (Soft Starter): Ein Sanftanlauf reduziert die Spannung, was den Stromverbrauch des Motors beim Start verringert. Auto-Transformer und Stern-Dreieck (Star-Delta) sind Variationen von Sanftanläufern. Diese nutzen Transformatoren oder dynamische Verdrahtungskonfigurationen, um die Spannung im Dreiphasensystem zu reduzieren, bis der Motor 80–90 % der Nennspannung erreicht.

Moderne Sanftanlaufgeräte verwenden Halbleiterelektronik wie Triacs, um die Spannung beim Start zu reduzieren. Während die altmodischen Sanftanlaufgeräte noch immer im Einsatz sind, erlauben die Halbleiterversionen mehr Flexibilität bei der Dimensionierung und sind weniger kompliziert zu installieren.

Frequenzumrichter (Variable Frequency Drive - VFD): Die Verwendung eines Frequenzumrichters zum Starten eines Motors ist wahrscheinlich der effizienteste Weg, aufgrund der Funktionsweise eines Motors. Die magnetische Feldstärke ist direkt proportional zur Spannung geteilt durch die Frequenz.

 

 Fluss = V / Hz 

 

Und die Drehzahl eines Motors ist proportional zur Frequenz geteilt durch die Anzahl der Magnetpole.

 

U/min = 120 * Hz / Polzahl 

 

Diese Gleichungen zeigen: Wenn die Spannungsfrequenz abnimmt, sinkt auch die Drehzahl, aber die magnetische Feldstärke steigt. Indem wir mit einer niedrigeren Frequenz starten, können wir den Strombedarf zum Starten des Motors verringern. Die meisten anderen älteren Sanftanlaufgeräte nutzen Widerstand oder Transformatoren, um die Spannung zu senken. Diese Methode wandelt die überschüssige Spannung in Wärme um.

Kombination: Ein Kombinationsschutzschalter beherbergt typischerweise nicht nur die Anlaufkomponenten, sondern auch ein Stromschutzgerät (Sicherung oder Leitungsschutzschalter) und das Überlastgerät. Dieser Schutzschalter-Typ ist eine großartige Möglichkeit, Platz im Schaltschrank zu sparen.

 

Abbildung 3. Ein Diagramm, wie ein automatischer Inverter funktioniert. Bild mit freundlicher Genehmigung von OMRON

 

Überlegungen bei der Auswahl eines Motorschutzschalters

Bei der Auswahl eines Motorschutzschalters betrachten Sie die Anwendung. Läuft der Motor konstant mit fester Drehzahl? Gibt es mehrfaches An- und Abstoppen? Müssen Sie die Drehzahl ändern oder den Motor mit reduzierter Drehzahl laufen lassen?

Wenn der Motor ein Förderband antreibt, möchten Sie den Motor nicht mit Vollgeschwindigkeit starten, da die Produkte auf dem Band rutschen und beschädigt werden könnten. Typischerweise verwenden unbelastete Fördersysteme einen VFD-Schutzschalter. So kann die Anlaufgeschwindigkeit kontrolliert und das Band leicht gestoppt werden.

Effizienz spielt ebenfalls eine Rolle. Große Kühllüfter benötigen keinen reduzierten Anlauf, profitieren aber davon, da der Motor nicht so viel Strom zieht wie beim Start unter Volllast.

Einige Fabriken ersetzen sogar alte Motorschutzschalter durch moderne drehzahlreduzierende Schutzschalter, um CO2-Emissionen zu reduzieren. Die Größe des Motors spielt auch eine wichtige Rolle bei der Auswahl. Einige größere Motoren können keine Magneten-Schutzschalter verwenden; diese erfordern einen Sanftanlauf oder Autotransformator-Schutzschalter. Welchen Schutzschalter Sie auch wählen, versuchen Sie sicherzustellen, dass Effizienz höchste Priorität hat, um CO2-Emissionen zu reduzieren.