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Wissenswertes zu Motorstartern

Warum Motorstarter?

Der Einschaltstrom eines Elektromotors ist um ein Vielfaches höher als der Nennstrom. Solche Stromspitzen belasten das Netz, sie führen zu Spannungseinbrüchen und lösen oft auch den Leitungsschutzschalter aus. Bei schwach dimensionierten Netzen kommt es zu Spannungseinbrüchen, bei denen auch andere Geräte wie Steuerungen im Schaltschrank ausfallen. Im öffentlichen Energienetz dürfen deshalb nur Motoren mit einem maximalen Einschaltstrom 60 A betrieben werden. Bei einphasigen Motoren ist das direkte Einschalten von Motoren nur bis zu einer Nennleistung von 1,4 kW zulässig. Mithilfe geeigneter Methoden lassen sich die Einschaltströme von Elektromotoren höherer Leistung auf verträgliche Werte begrenzen. Neben den klassischen Einschaltverfahren kommen immer häufiger elektronische Lösungen zum Einsatz. Die Reduzierung des Einschaltstroms ist generell entweder über eine Erhöhung des Widerstandes oder eine Verringerung der Spannung möglich. Um den Widerstand zu erhöhen, werden Anlasswiderstände oder Spulen in Reihe zur Motorwicklung geschaltet. Die Reduzierung der Spannung erfolgt elektronisch oder mittels eines Transformators.

Auch Sanftanlauf reduziert den Einschaltstrom

Die Stern-Dreieck-Umschaltung war in der Vergangenheit ein häufig genutztes Verfahren zum Einschalten von Elektromotoren, das jedoch mit dem Aufkommen elektronischer Lösungen an Bedeutung verloren hat. Die Stern-Dreieck-Umschaltung reduziert den Anlaufstrom auf ein Drittel, wobei auch das Anlaufmoment auf ein Drittel reduziert wird. Als Sanftanlauf bzw. Sanftanlasser werden Maßnahmen und Geräte zur Leistungsbegrenzung beim Einschalten eines Motors bezeichnet. Zum einen wird dadurch der Einschaltstrom des Gerätes verringert, bei großen Lasten wird damit auch das Ansprechen eines Leitungsschutzschalters oder ein starker Spannungseinbruch der Netzspannung vermieden. Zum anderen werden die von Motoren angetriebenen mechanischen Komponenten vor allzu großen Drehmomenten und Beschleunigungen geschützt. Um den Anlaufstrom von Motoren zu reduzieren, bieten sich Lösungen an, bei denen der Einschaltstrom mittels elektronischer Phasenanschnittsteuerung begrenzt wird. Dazu werden meist Thyristor- oder Triac-, heute auch IGBT-Schaltungen genutzt. Diese Baugruppen steigern den Strom allmählich in Form einer Rampe auf den Nennwert. Oft dienen sie gleichzeitig auch als Leistungssteller. Grundsätzlich wird dabei zwischen Zweiphasen- und Dreiphasen-Geräten unterschieden. Die Zweiphasen-Geräte haben den Nachteil, dass sie erhebliche Spannungsunsymmetrien und so elliptische Drehfelder verursachen. Das führt zu einem unrunden Anlauf, der deutlich hörbar und auch für die Lager und Getriebe schädlich ist. Mit speziellen Ansteuerungsfahren lassen sich jedoch auch diese Nachteile kompensieren.
Beim Drehzahlstarter handelt es sich um eine Geräteklasse, die eine Alternative bietet, um Motoren zuverlässig zu schützen, zu schalten sowie energieeffizient anzutreiben. Denn gerade, wenn es um geforderte Mindestwirkungsgrade bei Pumpen- und Lüfteranwendungen geht, erfordern Verfahren und Systeme häufig eine elektronische Drehzahlregelung. Frequenzumrichter sind jedoch in vielen Fällen überdimensioniert, während der Motorstarter in seiner Funktionalität begrenzt ist. Der Drehzahlstarter schließt diese Lücke und vereint die Vorteile beider Geräte.

Motoren sicher starten mittels Frequenzumrichter

Ein Sanftanlauf bei Asynchronmotoren ist auch mittels Frequenzumrichtern möglich. Die Drehzahl lässt sich durch programmierbare Rampenfunktionen definiert auf den vollen Wert steigern. Anders als beim Sanftanlaufgerät hat der Motor beim Betrieb am Frequenzumrichter schon bei geringen Drehzahlen ein hohes Drehmoment, sodass die Drehzahl bei hohen Trägheitsmomenten auch langsam gesteigert werden kann. Da das Drehmoment kurzzeitig den Nennbetrieb übersteigen kann, ist ein Anlauf auch unter Volllast möglich. Das ist beispielsweise wichtig beim Start von Kompressoren, wenn diese gegen noch vorhandenen Druck anlaufen müssen. Der Frequenzumrichter ermöglicht es auch, entlang einer definierten Rampe die Drehzahl langsam zu senken bzw. den Motor gesteuert abzubremsen. Da moderne Frequenzumrichter mit einer Leistungsfaktorkorrektur ausgestattet sind, entstehen kaum Oberwellen im Stromnetz.

Anlassen von Gleichstrommotoren

Das direkte Einschalten ist nur bei Gleichstrommotoren geringer Leistung möglich. Größere Maschinen belasten dabei nicht nur das Netz, hohe Einschaltströme können auch den Motor schädigen. Deshalb ist es auch bei Gleichstrommotoren nötig, die Einschaltspannung zu senken. Am Gleichstromnetz erfolgt das beispielsweise mittels stufig schaltbarer Anlasswiderstände direkt vor die Ankerwicklung. So lässt sich der Anlassstrom auf den Motornennstrom begrenzen. Gleichzeitig verringert sich auch das Anlaufdrehmoment. Bei modernen Gleichstromantrieben wird der Anlassstrom mittels Stromrichterspeisung begrenzt. Dabei wird mithilfe einer Thyristor- oder IGBT-Steuerung eine veränderbare Gleichspannung erzeugt.

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