Es gibt zwei Arten von Elektromotoren: Wechselstrommotoren (AC) und Gleichstrommotoren (DC). AC-Motoren können synchron oder asynchron sein. Synchronmotoren finden sich in Anwendungen, bei denen Geschwindigkeit und Genauigkeit entscheidend sind, darunter Synchronuhren, Zeitschaltuhren in elektronischen Geräten und Audiorecorder. Asynchronmotoren, auch Induktionsmotoren genannt, sind mit variabler Drehzahl betreibbar, wartungsarm und langlebig und finden daher breite industrielle Anwendung. In Anwendungen wie Heben, Mischen, Pumpen, Verdichten und Bohren erweisen sich Induktionsmotoren als einfach zu bedienen und kostengünstiger als Synchron- und Gleichstrommotoren.

Von den beiden Haupttypen von Induktions- (Asynchron-)Motoren, Einphasen- und Dreiphasenmotoren, sind Einphasenmotoren in der Regel auf Anwendungen mit geringer elektrischer Last beschränkt, wie z. B. Haushaltsgeräte, da Einphasenmotoren nicht selbst anlaufen können. Dreiphasige Motorsysteme finden in Industrie und Gewerbe wesentlich breitere Anwendung, da sie weniger Kupferverkabelung benötigen und dadurch kostengünstiger, kompakter, effizienter sind und ruhiger laufen (geringere Vibration).

Die hybriden DRMS-Motorstarter von Sensata bieten die optimale Lösung für Induktionsmotoren mit 6 Funktionen in einem einzigen Gerät, darunter Vorwärts-/Rückwärtslauf, Sanftanlauf/Sanftauslauf, Motorüberlastschutz und Netztrennrelais.

Steuerungen sind entscheidend

Motorsysteme sind auf einen Starter oder eine Steuerung angewiesen, da diese die Leistung der Motoren steuert , indem sie den Motor startet, stoppt, vorwärts und rückwärts laufen lässt, beschleunigt und abbremst sowie ihn vor Überlastungen oder Fehlern schützt.

Die einfachste Steuerung ist ein Ein-/Ausschalter zwischen Motor und Stromversorgung, während komplexere Steuerungen die Drehzahl und das Drehmoment des Motors regeln.

Direktstarter (DOL, Direct-on-Line) sind die einfachste Art von Motorstarter; sobald sie unter Spannung stehen, verbinden sie die Motoranschlüsse sofort mit der Stromversorgung. DOL-Starter sind nützlich, wenn der hohe Einschaltstrom des Motors keine übermäßigen Spannungsabfälle im Versorgungsstromkreis verursacht. Sie eignen sich für kleine Wasserpumpen, Kompressoren, Ventilatoren und Förderbänder. Direktstarter können jedoch keine Rückmeldung liefern.

Zudem können DOL-Starter bei einem Asynchronmotor wie dem dreiphasigen Induktionsmotor, der einen hohen Anlaufstrom aufnimmt, der typischerweise das Sechs- bis Siebenfache der Volllast beträgt, den Motor nicht vor dem Einschaltstrom schützen.

Schutz von Geräten und Verlängerung ihrer Lebensdauer

Motorsteuerungen sind vielen Formen von Verschleiß ausgesetzt. Insbesondere Starter für dreiphasige Induktionsmotoren müssen mit schädigenden Faktoren wie Einschaltstrom und Lichtbogenbildung zurechtkommen.

Der Einschaltstrom, auch als Einschaltstoßstrom oder Eingangsstoßstrom bezeichnet, ist der hohe Strompegel, den der Motor beim Beschleunigen auf volle Drehzahl aufnimmt. In dieser Zeit muss der Motor oft einen Strom aufnehmen, der bis zum Sieben- bis Zehnfachen der normalen Betriebslast beträgt. Die Stromüberlastung, obwohl sie weniger als eine Sekunde dauert, verursacht Drehmomentspitzen, die mechanische Belastungen der Maschine hervorrufen, insbesondere bei häufig wiederholten Start-Stopp-Zyklen. Einfache DOL-Starter können den Motor nicht vor dem Einschaltstrom schützen. Die Steuerung benötigt daher einen Schutzmechanismus, um die nachgeschalteten Geräte ausreichend abzupuffern.

Lichtbogenbildung— bei der der Stromfluss durch ein Gas zu einem elektrischen Durchschlag des Gases und einer Entladung führt — tritt am häufigsten in Motorsteuerungen auf, bei denen Kontakte einen Stromkreis wiederholt öffnen (unterbrechen) und schließen (herstellen). Lichtbogenbildung erzeugt eine große Menge an Wärme, die kleine Teile der Kontaktoberfläche schmelzen oder sogar verdampfen lässt und dadurch die Motorsteuerung beschädigt.

Neben dem Umgang mit Einschaltstrom und Lichtbogenbildung benötigen dreiphasige Induktionsmotorstarter auch eine Sanftanlauf- und Sanftauslauf-Funktion. Sanftanlauf und Sanftauslauf verhindern eine Beschädigung der Geräte sowie der schweren und sperrigen Objekte, die von Kompressoren, Förderbändern und Torsystemen bewegt werden. Aufgrund ihrer Masse verfügen solche Objekte selbst bei niedrigen Geschwindigkeiten über einen erheblichen Impuls.

Sowohl Sanftstarter als auch Frequenzumrichter können eingesetzt werden, um Geräte zu schützen und die Lebensdauer des Motors zu verlängern, indem sie den Einschaltstrom und die daraus resultierende Wärmeentwicklung durch häufiges Starten und Stoppen reduzieren.

Wichtigste Arten von Motorstartern

Sanftstarter für Motoren, auch als Halbleiter-Sanftanlasser mit reduzierter Spannung bezeichnet, können den Stromfluss und die Drehmomentspitze beim Anlaufen eines Motors vorübergehend reduzieren und gleichzeitig die Drehzahl des Motors sanft hochfahren. Dadurch verringert der Sanftstarter die mechanische Belastung von Motor und Welle und verlängert die Lebensdauer des Systems. Sanftstarter lassen sich für individuelle Anwendungen anpassen. Sie können helfen, Druckstöße in Pumpenanwendungen zu vermeiden, und Förderbänder sanft anlaufen lassen, um Ruckeln, Belastung oder Schlupf zu minimieren. Da Sanftstarter elektrisch komplexer sind als Direktstarter, kommt es bei ihnen häufig zu Kosten-Nutzen-Problemen.

Ein Frequenzumrichter (FU) verwendet elektromechanische Antriebssysteme, um Drehzahl und Drehmoment des Motors durch Variation von Eingangsfrequenz und Spannung zu steuern. Dadurch können Frequenzumrichter den zum Anlaufen des Motors benötigten Strom reduzieren. Ein Frequenzumrichter lässt sich leicht mit automatischen Steuerungssystemen verbinden. Frequenzumrichter sind zudem sehr energieeffizient und tragen dazu bei, den Spitzenenergiebedarf zu senken. Die weltweite Marktdurchdringung von Frequenzumrichtern ist jedoch aufgrund ihres hohen Preises und ihrer Empfindlichkeit gegenüber Umweltfaktoren wie Temperatur und Spannungsspitzen relativ gering.

Obwohl Sanftstarter und Frequenzumrichter bereits offensichtliche Vorteile für Motoren bieten, entwickeln Hersteller weiterhin Systeme mit größerer Funktionalität und niedrigeren Preisen.

Vorteile hybrider Motorstarter

Die hybriden Motorstarter der DRMS-Serie von Sensata können bis zu sechs Funktionen in einem einzigen Gerät bereitstellen: Vorwärts-/Rückwärtslauf, Sanftanlauf/Sanftauslauf, Motorüberlastschutz und Netztrennrelais.

Mit ihrer Sanftanlauf-/Sanftauslauf-Funktion bieten die hybriden Motorstarter der DRMS-Serie von Sensata besonders ausgeprägte Vorteile für Fördersysteme. Neben ihrer elektromechanischen Relaisfunktion verfügen die hybriden Motorstarter der DRMS-Serie über eine Halbleiterrelaisfunktion, die Halbleiter für einen kontaktfreien Betrieb nutzt, um eine schnelle und verschleißfreie Leistungssteuerung zu erzielen.

Dank der durch das Halbleiterrelais gebotenen Leistung und der Zuverlässigkeit des elektromechanischen Relais sind die hybriden Motorstarter der DRMS-Serie effektiver bei der Minderung der zerstörerischen Auswirkungen hoher Einschaltströme, der daraus resultierenden mechanischen Belastung und der Bildung von Lücken im System. Dadurch erzielen die kombinierten Relaisfunktionen eine höhere Leistung und Beständigkeit, einen geringeren Energieverbrauch, mehr Sicherheit und eine längere Lebensdauer der Geräte.

Zudem sind die hybriden Motorstarter der DRMS-Serie mit einer Breite von nur 22,5 mm sehr kompakt, wodurch sich der Platzbedarf für einen Motorstarter um bis zu 75 Prozent reduziert. Im Vergleich zu Frequenzumrichtern, die zwischen 400 und 1.200 US-Dollar kosten, bieten die DRMS-Geräte zudem eine wirtschaftlichere Option.

Die hybriden Motorstarter der DRMS-Serie können von Maschinenbauern, Schaltschrankplanern oder -bauern sowie Produktionsstätten in Fördersystemen, Torsystemen und Kompressoren eingesetzt werden. Darüber hinaus verfügen diese hybriden Motorstarter über eine höhere maximale Motorspannung von 400V im Vergleich zu anderen vergleichbaren Produkten; die hohe maximale Motorspannung ermöglicht den Einsatz der hybriden Motorstarter der DRMS-Serie in einem breiteren Spektrum industrieller Anwendungen, als andere Produkte bewältigen können.

Fazit

Motorstarter für Induktionsmotoren durchlaufen zahlreiche Start-Stopp-Zyklen. Zu den Faktoren, die beim Vergleich von Motorstartern zu berücksichtigen sind, gehören Leistung, Haltbarkeit, Zuverlässigkeit, Größe, Preis und der Schutz der Geräte vor Einschaltstrom und anderen potenziell schädlichen Phänomenen. Direktstarter sind zuverlässig, bieten jedoch wenig Eigenschutz oder Schutz für die von den Motoren bewegten Anlagenwerte. Mehr Schutz bieten Frequenzumrichter, allerdings zu einem hohen Preis. Hybride Motorstarter finden einen Ausgleich zwischen all diesen Faktoren und verdienen daher besondere Beachtung bei Motoren, die mit wertvollen Anlagenwerten arbeiten.

Weitere Informationen zur DRMS-Serie von Sensata finden Sie unter Masterelectronics.com.

Dieser Beitrag wurde von Master Electronics gesponsert. Alle Meinungen sind meine eigenen. –John Koon [Quelle: Engineering.com]