Was ist ein Motorstarter? Arten von Motorstartern und Motorstartmethoden

Arten von Motorstartern und Motorstarttechniken

Was ist ein Motorstarter?

Ein Motorstarter ist ein elektrisches Gerät, das zum sicheren Starten und Stoppen eines Motors verwendet wird. Ähnlich wie ein Relais schaltet der Motorstarter den Strom EIN/AUS und bietet im Gegensatz zu einem Relais auch einen Unterspannungs- und Überstromschutz.

Die Hauptfunktion eines Motorstarters ist;

• Um einen Motor sicher zu starten
• Zum sicheren Stoppen eines Motors
• Um die Drehrichtung eines Motors umzukehren
• Um den Motor vor Niederspannung und Überstrom zu schützen.

Ein Motorstarter besteht aus zwei Hauptkomponenten, die zusammenarbeiten, um den Motor zu steuern und zu schützen;

• Elektrischer Schütz :Der Zweck des Schützes besteht darin, die Stromversorgung des Motors ein- und auszuschalten, indem die Kontaktklemmen geschlossen oder unterbrochen werden.
• Überlastschutzschaltung :Der Zweck dieser Schaltung besteht darin, den Motor vor möglichen Schäden durch Überlastung zu schützen. Ein großer Strom durch den Rotor kann die Wicklung sowie andere an die Stromversorgung angeschlossene Geräte beschädigen. Es erkennt den Strom und unterbricht die Stromversorgung.

Warum brauchen wir einen Anlasser mit Motor?

Ein Motorstarter ist zum Starten eines Induktionsmotors unerlässlich. Dies liegt an seiner niedrigen Rotorimpedanz. Die Rotorimpedanz hängt vom Schlupf des Induktionsmotors ab, der die relative Geschwindigkeit zwischen Rotor und Stator ist. Die Impedanz ändert sich umgekehrt mit dem Schlupf.

Der Schlupf des Induktionsmotors ist maximal, d. h. 1 im Stillstand (Ruheposition), daher ist die Impedanz minimal und zieht eine große Menge Strom, der als Einschaltstrom bezeichnet wird. Der hohe Einschaltstrom magnetisiert den Luftspalt zwischen Rotor und Stator, der eine EMF in der Rotorwicklung induziert. Diese EMF erzeugt einen elektrischen Strom in der Rotorwicklung, der ein Magnetfeld erzeugt, um ein Drehmoment im Rotor zu erzeugen. Wenn die Rotordrehzahl zunimmt, nimmt der Schlupf des Motors ab und die Stromaufnahme des Motors wird reduziert.

Der hohe Einschaltstrom beträgt das 5- bis 8-fache des normalen Nennstroms bei Volllast. Daher kann eine solche Strommenge die Wicklungen des Motors beschädigen oder durchbrennen, was die Maschine unbrauchbar macht, und es kann einen enormen Spannungsabfall in der Versorgungsleitung verursachen, der andere an dieselbe Leitung angeschlossene Geräte beschädigen kann.

Um den Motor vor solch einer großen Strommenge zu schützen, verwenden wir einen Starter, der den Anfangsstrom beim Start und sobald der Motor eine bestimmte Drehzahl erreicht hat, für kurze Zeit begrenzt , wird die normale Stromzufuhr zum Motor wieder aufgenommen. Sie bieten auch Schutz vor Fehlerzuständen wie Niederspannung und Überstrom während des normalen Betriebs.

Obwohl kleine Motoren mit einer Nennleistung von weniger als 1 PS eine hohe Impedanz haben und dem Anfangsstrom standhalten können, benötigen sie keinen solchen Motorstarter, benötigen jedoch ein vorhandenes Überstromschutzsystem von den DOL (Direct On-Line) Startern. Die obige Erklärung zeigt, warum wir einen Starter für die Installation mit einem Motor benötigen?

Wie funktioniert ein Motorstarter?

Ein Starter ist ein Steuergerät, das zum manuellen oder automatischen Schalten des Motors verwendet wird. Es wird zur sicheren EIN/AUS-Steuerung von Elektromotoren verwendet, indem seine Kontakte geschlossen oder geöffnet werden.

Der Handstarter wird für kleinere Motoren verwendet, bei denen der handbetätigte Hebel manuell betätigt wird (Kontaktposition verschieben) in die EIN- oder AUS-Position. Der Nachteil dieser Art von Startern ist, dass sie nach einem Stromausfall einschalten müssen. Mit anderen Worten, sie benötigen eine manuelle Steuerung für jeden (EIN- oder AUS-) Vorgang. Manchmal kann dieser Vorgang dazu führen, dass hohe Ströme in der Motorwicklung fließen, die den Motor verbrennen können. Aus diesem Grund wird es in den meisten Fällen nicht empfohlen, wenn andere alternative Motorstarter mit Schutz verwendet werden, wie z. B. automatische Starter.

Auf der anderen Seite werden die automatischen Starter, die aus elektromechanischen Relais und Schützen bestehen, verwendet, um den Motor EIN/AUS zu schalten. Wenn Strom durch die Schützspulen fließt, wird es erregt und erzeugt das elektromagnetische Feld, das die Kontakte zieht oder drückt, um die Verbindung der Motorwicklungen mit der Stromversorgung herzustellen.

Die an Motor und Starter angeschlossenen Start- und Stopp-Drucktasten können für den EIN- und AUS-Betrieb von Motoren verwendet werden. Die Schützspulen können durch Drücken der Stopptaste entregt werden, wodurch die Spule entregt wird. Dadurch bewegen sich die Schützkontakte aufgrund der Federanordnung in ihre Grundstellung zurück, was zum Abschalten des Motors führt. Bei Stromausfall oder manuellem Abschaltvorgang startet der Motor nicht automatisch, bis wir den Motor manuell durch Drücken des „Start-Tasters“ starten. Das folgende Diagramm zeigt, wie ein DOL-Motorstarter für EIN/AUS-Betrieb arbeitet.

Typen von Motorstartern basierend auf Startmethoden und -techniken

In der Industrie werden verschiedene Starttechniken verwendet, um einen Induktionsmotor zu starten. Bevor wir die Motortypen besprechen, sind hier einige der Techniken, die in Motorstartern verwendet werden.

• Vollspannung oder Querstarter

Solche Starter verbinden den Motor direkt mit der Stromleitung, die die volle Spannung liefert. Die über solche Starter angeschlossenen Motoren haben niedrige Nennleistungen, so dass sie keinen großen Spannungsabfall in der Stromleitung erzeugen. Sie werden in einer Anwendung verwendet, in der Motoren niedrige Nennwerte haben und in eine Richtung laufen müssen.

• Vollspannungs-Wendestarter

Die Richtung des 3-Phasen-Induktionsmotors kann umgekehrt werden, indem zwei beliebige Phasen vertauscht werden. Ein solcher Starter enthält zwei mechanisch verriegelte Magnetschütze mit vertauschten Phasen für Vorwärts- und Rückwärtsrichtung. Es wird in einer Anwendung verwendet, in der der Motor in beide Richtungen laufen muss und die Schütze verwendet werden, um ihn zu steuern.

• Multispeed-Starter

Um die Drehzahl eines Wechselstrommotors zu variieren, müssen Sie die Wechselstromversorgungsfrequenz oder die Anzahl der Pole des Motors (durch Neuverbinden der Wicklungen) des Motors ändern. Solche Startertypen lassen den Motor in einigen vorgewählten Geschwindigkeiten laufen, um seinen Anwendungen gerecht zu werden.

• Anlasser mit reduzierter Spannung

Die häufigste Art der Starttechnik besteht darin, die Spannung beim Starten des Motors zu reduzieren, um den Einschaltstrom zu reduzieren, der die Wicklungen des Motors beschädigen und auch einen großen Einbruch verursachen könnte an Spannung. Diese Starter werden für Motoren mit hoher Nennleistung verwendet.

Basierend auf den oben beschriebenen Techniken werden die folgenden Arten von Motorstartern in der Industrie verwendet.

Motorstartertyp:

Wir werden die folgenden Motortypen und ihre Startmethoden basierend auf den oben genannten Motorstartmethoden mit Vor- und Nachteilen besprechen.

1. Direkter Online-Starter (DOL)
2. Statorwiderstandsstarter
3. Rotorwiderstand oder Schleifringmotorstarter
4. Spartransformator-Starter
5. Star-Delta-Starter
6. Softstarter
7. Variabler Frequenzantrieb (VFD)

Die Motorstarter haben viele Typen, aber hauptsächlich werden sie in zwei Typen eingeteilt.

• Manueller Starter

Diese Art von Starter funktioniert manuell und erfordert keine Erfahrung. Ein Druckknopf wird verwendet, um den damit verbundenen Motor aus- und einzuschalten. Der Mechanismus hinter der Taste enthält einen mechanischen Schalter, der den Stromkreis unterbricht oder herstellt, um den Motor zu stoppen oder zu starten.

Sie bieten auch Überlastschutz. Diese Starter haben jedoch keinen LVP (Niederspannungsschutz), d.h. sie unterbrechen den Stromkreis bei Stromausfall nicht. Dies kann für einige Anwendungen gefährlich sein, da der Motor bei Wiederherstellung der Stromversorgung wieder anläuft. Daher werden sie für einen Motor mit geringer Leistung verwendet. Direct On-Line (DOL) Starter ist ein manueller Starter, der Überlastschutz bietet.

• Magnetstarter

Magnetstarter sind die gebräuchlichste Art von Startern und werden hauptsächlich für Hochleistungs-Wechselstrommotoren verwendet. Diese Starter arbeiten elektromagnetisch wie ein Relais, das die Kontakte durch Magnetismus unterbricht oder schließt.

Er bietet eine niedrigere und sicherere Spannung zum Starten und umfasst auch einen Schutz gegen Unterspannung und Überstrom. Bei Stromausfall unterbricht der Magnetstarter automatisch den Stromkreis. Im Gegensatz zu manuellen Startern umfasst es einen automatischen und ferngesteuerten Betrieb, der den Bediener ausschließt.

Der Magnetstarter besteht aus zwei Schaltkreisen;

• Stromkreis; Diese Schaltung ist für die Stromversorgung des Motors verantwortlich. Es besteht aus elektrischen Kontakten, die die Stromversorgung von der Versorgungsleitung zum Motor über ein Überlastrelais ein- und ausschalten.
• Steuerkreis; Diese Schaltung steuert die Kontakte des Leistungskreises, um die Stromversorgung zum Motor entweder herzustellen oder zu unterbrechen. Die elektromagnetische Spule wird erregt oder entregt, um die elektrischen Kontakte zu ziehen oder zu drücken. Somit eine Fernbedienung für den Magnetstarter.

Direct Online (DOL) Starter

DOL, auch bekannt als Direct Online Starter, ist die einfachste Form eines Motorstarters, der den Motor direkt mit der Stromversorgung verbindet. Es besteht aus einem Magnetschütz, der den Motor mit einer Versorgungsleitung verbindet, und einem Überlastrelais zum Schutz vor Überstrom. Es gibt keine Spannungsreduzierung zum sicheren Starten eines Motors. Daher hat der mit solchen Startern verwendete Motor eine Nennleistung von weniger als 5 PS. Es hat zwei einfache Druckknöpfe, die den Motor starten und stoppen.

Durch Drücken der Starttaste wird die Spule erregt, die die Schütze zusammenzieht, um den Stromkreis zu schließen. Und das Drücken der Stopptaste schaltet die Spule des Schützes ab und drückt seine Kontakte auseinander, wodurch der Stromkreis unterbrochen wird. Der zum Ein-/Ausschalten der Stromversorgung verwendete Schalter kann beliebiger Art sein, wie z. B. Dreh-, Niveau-, Schwimmerschalter usw.

Obwohl dieser Starter keine sichere Startspannung liefert, bietet das Überlastrelais Schutz vor Überhitzung und Überstrom. Das Überlastrelais hat normalerweise geschlossene Kontakte, die die Spule des Schützes erregen. Wenn das Relais auslöst, wird die Spule des Schützes stromlos und unterbricht den Stromkreis.

Vorteile des DOL-Motorstarters

• Es hat ein sehr einfaches und kostengünstiges Design.
• Es ist sehr einfach zu verstehen und zu bedienen.
• er bietet aufgrund des hohen Anlaufstroms ein hohes Anlaufdrehmoment.

Nachteile des DOL-Motorstarters

• Der hohe Einschaltstrom kann die Wicklungen beschädigen
• Der hohe Einschaltstrom verursacht einen Spannungseinbruch in der Stromleitung.
• Es ist nicht für schwere Motoren geeignet
• Es kann die Lebensdauer eines Motors verringern

Starter für Statorwiderstand

Statorwiderstandsstarter verwenden die RVS-Technik (Reduced Voltage Starter), um einen Motor zu starten. Externer Widerstand wird in Reihe mit jeder Phase des Stators eines 3-Phasen-Induktionsmotors hinzugefügt. Die Aufgabe des Widerstands besteht darin, die an den Stator angelegte Netzspannung zu reduzieren (und damit den Anfangsstrom zu reduzieren).

Anfangs wird der variable Widerstand auf der maximalen Position gehalten, die maximalen Widerstand bietet. Daher ist die Spannung am Motor aufgrund des Spannungsabfalls am Widerstand minimal (im sicheren Bereich). Die niedrige Statorspannung begrenzt den Einschaltstrom, der die Motorwicklungen beschädigen kann. Wenn der Motor die Geschwindigkeit aufnimmt, wird der Widerstand reduziert und die Statorphase wird direkt mit den Stromleitungen verbunden.

Da der Strom direkt proportional zur Spannung ist und das Drehmoment quadratisch zum Strom variiert, verringert eine 2-fache Verringerung der Spannung das Drehmoment um das 4-fache. Daher ist das Startdrehmoment bei Verwendung eines solchen Starters sehr gering und muss beibehalten werden.

Vorteile des Motorstarters mit Statorwiderstand

• Es bietet Flexibilität bei den Starteigenschaften.
• Die variable Spannungsversorgung ermöglicht eine sanfte Beschleunigung
• Es kann sowohl an einen Stern- als auch an einen Dreieck-Motor angeschlossen werden.

Nachteile des Motorstarters mit Statorwiderstand

• Die Widerstände führen die Leistung ab
• Das Anlaufmoment ist aufgrund der Spannungsreduzierung sehr gering
• Die Widerstände sind für große Motoren ziemlich teuer.

Rotorwiderstand oder Schleifringmotorstarter

Diese Art von Motorstarter arbeitet mit einer Vollspannungs-Motorstarttechnik. Es funktioniert nur mit einem Schleifring-Induktionsmotor, weshalb es auch als Schleifring-Motorstarter bekannt ist.

Außenwiderstände werden über den Schleifring in Sternschaltung mit dem Rotor verbunden. Diese Widerstände begrenzen den Rotorstrom und erhöhen das Drehmoment. Dies wiederum reduziert den Start-Statorstrom. Es hilft auch bei der Verbesserung des Leistungsfaktors

Die Widerstände werden nur beim Starten des Motors verwendet und entfernt, sobald der Motor seine Nenndrehzahl erreicht hat.

Vorteile des Rotorwiderstands-Motorstarters

• Er liefert einen niedrigen Anlaufstrom bei voller Spannung.
• Durch hohes Anlaufmoment kann der Motor unter Last gestartet werden
• Diese Methode verbessert den Leistungsfaktor.
• Es bietet eine breite Palette an Geschwindigkeitskontrollen

Nachteile des Rotorwiderstands-Motorstarters

• Funktioniert nur bei Schleifring-Induktionsmotoren
• Der Rotor ist teuer und schwerer.

Spartransformator-Starter

Diese Art von Motorstartern verwendet einen Autotransformator als Abwärtstransformator, um die an den Stator während der Startphase angelegte Spannung zu reduzieren. Es kann sowohl an Motoren in Stern- als auch in Dreieckschaltung angeschlossen werden.

Die Sekundärseite des Autotransformators ist mit jeder Phase des Motors verbunden. Die mehrfachen Wicklungen des Spartransformators liefern einen Bruchteil der Nennspannung. Während des Starts befindet sich das Relais in der Startposition, dh dem Abgriffspunkt, der eine reduzierte Spannung für den Start bereitstellt. Das Relais schaltet zwischen den Stufen um, um die Spannung mit der Drehzahl des Motors zu erhöhen. Zuletzt verbindet es ihn mit der vollen Nennspannung.

Im Vergleich zu anderen Spannungsreduzierungstechniken bietet es eine hohe Spannung für einen bestimmten Anlaufstrom. Es hilft bei der Bereitstellung eines besseren Startdrehmoments.

Vorteile des Spartransformator-Starters

• Es bietet ein besseres Startdrehmoment.
• Es wird zum Starten großer Motoren mit erheblicher Belastung verwendet.
• Es bietet auch eine manuelle Geschwindigkeitsregelung.
• Es bietet auch Flexibilität bei den Starteigenschaften.

Nachteile des Spartransformator-Starters

• Aufgrund der Größe des Spartransformators nimmt ein solcher Starter zu viel Platz ein.
• Die Schaltung ist komplex und relativ teuer als andere Starter.

Star-Delta-Starter

Dies ist eine weitere übliche Startmethode, die in der Industrie für große Motoren verwendet wird. Die Wicklungen des 3-Phasen-Induktionsmotors werden zwischen Stern- und Dreieckschaltung geschaltet, um den Motor zu starten.

Um den Induktionsmotor zu starten, wird er mit einem dreipoligen Umschaltrelais in Stern geschaltet. Die Phasenspannung in Sternschaltung reduziert sich um den Faktor 1/√3 &reduziert den Anlaufstrom sowie das Anlaufdrehmoment um 1/3 des normalen Nennwertes.

Wenn der Motor beschleunigt, schaltet ein Zeitrelais die Sternschaltung der Statorwicklungen in die Dreieckschaltung um, wodurch die volle Spannung an jeder Wicklung anliegt. Der Motor läuft mit Nenndrehzahl.

Vorteile von Star Delta Starter

• Sein Design ist einfach und billig
• Erfordert keine Wartung
• Stellen Sie einen niedrigen Stoßstrom bereit.
• Es wird zum Starten großer Induktionsmotoren verwendet.
• Es ist am besten für eine lange Beschleunigungszeit.

Nachteile von Star Delta Starter

• Es funktioniert mit einem in Dreieck geschalteten Motor
• Es gibt mehr Drahtverbindungen.
• Es bietet ein niedriges Anlaufdrehmoment, das nicht aufrechterhalten werden kann.
• Es gibt sehr begrenzte Flexibilität bei den Starteigenschaften.
• Beim Umschalten von Stern auf Dreieck gibt es einen mechanischen Ruck.

Sanfter Starter

Der Softstarter verwendet auch die Spannungsreduzierungstechnik. Es verwendet Halbleiterschalter wie TRIAC, um sowohl die Spannung als auch den Anlaufstrom zu steuern, der dem Induktionsmotor zugeführt wird.

Ein phasengesteuerter TRIAC wird verwendet, um eine variable Spannung bereitzustellen. Die Spannung wird durch Variieren des Leitungswinkels oder Zündwinkels des TRIAC variiert. Der Leitungswinkel wird minimal gehalten, um eine reduzierte Spannung bereitzustellen. Die Spannung wird allmählich erhöht, indem der Leitungswinkel erhöht wird. Bei maximalem Leitungswinkel wird die volle Netzspannung an den Induktionsmotor angelegt und er läuft mit Nenndrehzahl.

Er sorgt für einen allmählichen und gleichmäßigen Anstieg der Startspannung, des Stroms sowie des Drehmoments. Dadurch gibt es keinen mechanischen Ruck und sorgen für einen reibungslosen Betrieb, der die Lebensdauer der Maschine erhöht.

Vorteile von Softstarter

• Es bietet eine bessere Kontrolle über Startstrom und -spannung
• Es bietet sanfte Beschleunigung, also kein Ruckeln.
• Es reduziert die Stromspitzen im System.
• Verlängert die Lebensdauer des Systems
• Bieten eine bessere Effizienz und sind weniger wartungsintensiv
• Seine Größe ist klein

Nachteile von Softstarter

• Es ist relativ teuer
• Es gibt Energiedissipation in Form von Wärme

Variable Häufigkeit  Dr. ive (VFD)

Genau wie der Softstarter kann ein Frequenzumrichter (VFD) sowohl die Spannung als auch die Frequenz des Versorgungsstroms variieren. Es wird hauptsächlich zur Steuerung der Drehzahl des Induktionsmotors verwendet, da es von der Versorgungsfrequenz abhängt.

Der Wechselstrom aus der Versorgungsleitung wird mithilfe von Gleichrichtern in Gleichstrom umgewandelt. Der reine Gleichstrom wird in Wechselstrom mit einstellbarer Frequenz und Spannung unter Verwendung der Pulsweitenmodulationstechnik durch Leistungstransistoren wie IGBTs umgewandelt.

Es bietet volle Kontrolle über die Motordrehzahl von 0 bis Nenndrehzahl. Die Geschwindigkeitsanpassungsoption mit der variablen Spannung bietet einen besseren Startstrom und eine bessere Beschleunigung.

Vorteile des Antriebs mit variabler Frequenz

• Es bietet eine bessere und sanftere Beschleunigung für große Motoren
• Es bietet volle Geschwindigkeitskontrolle mit sanfter Beschleunigung und Verzögerung.
• Erhöht die Lebensdauer aufgrund des Wegfalls von elektrischer und mechanischer Belastung
• Er ermöglicht den Vorwärts- und Rückwärtsbetrieb eines Motors

Nachteile des Antriebs mit variabler Frequenz

• Es ist relativ teuer, es sei denn, es ist eine Geschwindigkeitskontrolle erforderlich
• Es gibt Wärmeableitung
• VFDs erzeugen Oberschwingungen in den elektrischen Leitungen, die elektronische Geräte und den Leistungsfaktor beeinflussen können.