Wirtschaftliche Sanftstartgeräte für optimale Applikationsanpassung

Im Schongang zur Leistung

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Elektronische Sanftstarter setzen sich durch bessere Einstellmöglichkeiten und sanfteren Start gegenüber Stern-Dreieck-Startern bei Drehstromasynchronmotoren durch. Mit neuen Schaltungskonzepten kann der Kostenaufwand weiter gesenkt werden.

Der Autor Dipl.-Ing. (FH) Willi Böke ist Mitarbeiterder Siemens AG, Erlangen

Die meisten Antriebe werden trotz der hohen mechanischen Belastung bisher noch mit Schützen direkt an das Versorgungsnetz geschaltet. Jedoch ist jeder Direktstart von Drehstrom-Motoren immer eine ungünstige Lösung für Netz, Motor und Antriebselemente. Bei größeren Antrieben ab ca. 5,5 kW aufwärts werden teilweise Stern-Dreieck-Starter eingesetzt. Das Versorgungsnetz wird durch einen auf 1/3 verringerten Anlaufstrom im Vergleich zum Direktstart geschont siehe Bild 2. Der Verschleiß der Antriebselemente, wie z.B. die Riemen des Vorgeleges bei einem Lüfterantrieb, wird dabei aber wegen der Momentenstöße beim Einschalten und Umschalten der Wicklung (Stern-Dreieck-Umschaltung) nicht so gut reduziert.
Momententstoß vermeiden!
Erst der Einsatz von elektronischen Sanftstartern, die mit kontinuierlicher Absenkung der Motorspannung (Spannungsrampe) während des Startens einen sanften und damit schonenden Start ermöglichen, wird ein wirklicher Sanftstart erreicht. Durch die beim Start reduzierte Spannung an den Motorklemmen wird die Momenten- und die Stromkurve des angeschlossenen Motors wie in Bild 3 dargestellt verändert. Die weitgehenden Verstellmöglichkeiten einer Spannungsrampe, freie Einstellung der Startspannung
und der Rampenzeit, ermöglichen optimale Anpassung an die verschiedensten Motor- und Lastkennlinien.
Bild 3 zeigt daß durch anwendungsspezifische Einstellung der Startspannung und der Rampenzeit einer Spannungsrampe das Motormoment an das gegebene Lastmoment sehr gut angepaßt werden kann. Bei optimaler Einstellung wird während des gesamten Hochlaufs ein fast konstantes Beschleunigungsmoment erreicht. Dies führt zu einem annähernd linearen DrehzahlHochlauf und somit zu maximaler Schonung des gesamten Antriebs während des Starts.
Leider sind die Gerätekosten der elektronischen Sanftstarter im Vergleich zu den Stern-Dreieckstartern höher. Sie werden jedoch durch die Einsparungen bei Wartung und Instandhaltung des gesamten Antriebsystems, eben durch den schonenden Betrieb mit der elektronischen Lösung, bei weitem gedeckt.
Mit den Sanftstartern Sikostart 3RW34 (Bild 1) von Siemens wird in Summe eine noch wirtschaftlichere Kostensituation erreicht. Die Sikostart-Geräte 3RW34 zeichnen sich durch universellen Einsatz bei der Schaltungsart aus. Mit der digitalen Steuerung ist es möglich, den Sanftstarter in zwei unterschiedlichen Schaltungsarten zu betreiben.
Die Schaltungs-Varianten
In der Standard-Schaltung wird der Sanftstarter wie bisher in Reihe mit den üblichen Schaltgeräten zum Schutz und Trennen des Verbrauchers bzw. des Motors gebracht. Der Bemessungsstrom des Sanftstarters ist mit dem Bemessungsstrom des Motors identisch. Bei dieser Schaltungsvariante reichen drei Leitungen zum Anschluß des Motors aus. Die höchste Kosteneinsparung wird deshalb bei langen Motorzuleitungen erreicht.
Die Wurzel-3-Schaltung ist der Sterndreieckschaltung sehr ähnlich. Hierbei wird der Umstand ausgenutzt, daß in den Motorwicklungen eines im Dreieck verschalteten Motors nur ca. 58 % des Stromes in der Motorzuleitung fließt. Durch Verwenden von sechs Leitungen zum Motor kann jede Phase des Sanftstarters so in Reihe mit einer Motorwicklung geschaltet werden. Die Verbindung für die Dreieckschaltung des Motors geschieht dabei außerhalb des Motorklemmkastens am Sanftstarter-Eingang.
Durch die Belastung des Sanftstarters mit nur noch ca. 58 % des Motorbemessungsstroms kann jetzt ein kleinerer Sanftstarter bei gleicher Motorleistung eingesetzt werden. Oder anders ausgedrückt können die vorhandenen Sanftstarter jetzt für höhere Motorleistungen eingesetzt werden.
Weitere Leistungsdaten
Die Sanftstarter Sikostart 3RW34 decken den Spannungsbereich 200 bis 400 V und in einer zweiten Ausführung 230 bis 575 V ab. Mit 11 Varianten werden bei 400 V-Anwendungen 55 kW bis 1000 kW Motoren in der Wurzel-3-Schaltung oder 37 kW bis 560 kW Motoren in der Standard-Schaltung bedient. Jeder Typ ist in zwei Steuerspannungen AC 230 V und DC 24 V erhältlich. Durch den großen Temperaturbereich von -25 °C bis zu 60 °C ist der Einsatz auch bei erschwerten Umgebungsbedingungen möglich.
Mit diesem Starter-Spektrum können die meisten Anwendungen sehr gut bedient werden. Für darüber hinausgehende Anforderungen wie zum Beispiel Pumpenstopp, Schweranläufe und Energiesparbetrieb stehen aus dem Siemens-Spektrum die Sanftstarter der Familie Sikostart 3RW22 zur Verfügung.
Elektronische Sanftstarter helfen, den elektrischen Antrieb stoßfrei anlaufen zu lassen und schützen auch das Stromversorgungsnetz vor größeren Spannungseinbrüchen und Stromspitzen. Dadurch wird die Lebensdauer von Getrieben, Lastmaschinen und Motoren wesentlich verlängert.
Motor-Sanftanlauf- und Anpassung
Der Sikostart 3RW34 bietet ebenfalls alle Standardfunktionen der üblichen elektronischen Sanftstarter. Die Sanftanlauf- und die Sanftauslauffunktion können über drei Potentiometer zur optimalen Anpassung an die Anwendung über einen weiten Spannungs- und Zeitbereich eingestellt werden. Den Überlastschutz und die damit verbundene galvanische Trennung des Motors übernehmen die Schaltelemente wie Leistungsschalter oder Überlastrelais und Schütz im Motorabzweig. Über eine zusätzliche Baugruppe, die seitlich an das Steuerteil angeschraubt wird, ist die Kontrolle (Start, Stopp und Rückmeldung der drei Hilfskontakte) der Starterreihe 3RW34 über das AS-lnterface möglich.
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