Die Stiege Wind GmbH wartet Windkraftanlagen mit eingebauten Softstartern zur Steuerung der Windrichtungsnachführung der Gondeln. Die Softstarter reduzieren den Verschleiß der Mechanik. (Bild: BBL Elektronik & Aeromet)
Ob Stern-Dreieck-Schaltung, Softstarter oder Frequenzumrichter – alle drei Starthilfen bringen Drehstrom Asynchronmotoren in Schwung, schützen das Netz vor Lastspitzen und den Antriebsstrang vor Schäden durch ruckartiges Anfahren oder zu hohe Drehmomente. Doch es lohnt sich, genauer hinzusehen und die Vor- und Nachteile der jeweiligen Technologie gegeneinander abzuwägen.
Stern-Dreieck-Schaltung: Funktion und Einsatzgebiete
Die Stern-Dreieck-Schaltung dient dem Anlauf von Drehstrommotoren mit reduzierter Leistungsaufnahme. Dadurch wird das Auslösen von Überstromschutzeinrichtungen vermieden und ein sanfterer Anlauf ermöglicht. Beim Anlauf in Sternschaltung beträgt die Leistungsaufnahme des Motors nur ein Drittel der Nennleistung, ebenso das Drehmoment. Nach einer einstellbaren Hochlaufzeit wird mittels geeigneter Schütze auf Dreieckschaltung umgeschaltet, in der die Motoren ihre volle Nennleistung erreichen
Vor- und Nachteile der Stern-Dreieck-Schaltung
Zu den Vorteilen der Stern-Dreieck-Schaltung gehört die geringe Anlaufleistung, die sich besonders für Motoren kleiner Leistung eignet. Sie ist die kostengünstigste Lösung unter den verschiedenen Anlaufmethoden. Zu den Nachteilen der Stern-Dreieck-Schaltung gehört das geringe Anlaufmoment, wodurch sie nicht für alle Lasten geeignet ist. Der Einsatzbereich endet typischerweise bei Motoren mit einigen hundert Kilowatt Antriebsleistung.
Warum Stern-Dreieck-Anlauf?
Der Stern-Dreieck-Anlauf wird häufig gewählt, da er eine kostengünstige Lösung für den Anlauf von Motoren mit niedriger bis mittlerer Leistung darstellt. Diese Methode ist besonders geeignet, wenn die Motoren keine hohen Anlaufmomente benötigen und ein einfacher, kostengünstiger Start ausreichend ist.
Softstarter: Sanfter Start und geringer Verschleiß
Softstarter ermöglichen einen besonders sanften Anlauf von Motoren und sind damit eine hervorragende Wahl, um den Verschleiß der Mechanik zu reduzieren. Durch die Anpassung des Anlaufverhaltens und des Drehmoments über bis zu vier Parameter lassen sich Softstarter exakt auf die jeweilige Anwendung abstimmen. Dies gewährleistet einen verschleißarmen Anlauf und eine wartungsfreie Lebensdauer von über 20 Jahren.
Softstarter: Vor- und Nachteile
Zu den Vorteilen von Softstartern zählen die Verschleißminimierung, der sanfte Anlauf und die einfache Integration in bestehende Automatisierungssysteme. Ein entscheidender Nachteil von Softstartern kann sein, dass sie nach dem Softstart keine weitere Drehzahlregelung bieten, was in bestimmten Anwendungsfällen zu Einschränkungen führen kann.
Frequenzumrichter: höchste Flexibilität bei geringsten Kosten
Frequenzumrichter bieten die flexibelste Möglichkeit der Motorsteuerung. Sie ermöglichen eine stufenlose Drehzahlregelung über den gesamten Stellbereich und sind ideal für Anwendungen, die eine präzise Motorregelung erfordern. Frequenzumrichter vermeiden Stromspitzen und passen den Motor an den Produktionsprozess an. Allerdings sind sie in der Anschaffung und Installation teurer als andere Optionen.
Starthilfen für Motoren im Vergleich in Kürze:
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Stern-Dreieck-Schaltung: Reduziert die Anlaufleistung, aber bietet geringes Anfahrmoment und eignet sich nur für Motoren mit niedriger Leistung. Preislich die günstigste Lösung, aber mit begrenzter Performance im Vergleich zu den anderen Optionen.
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Softstarter: Ermöglicht einen sanften und verschleißminimierten Motorstart. Anlaufverhalten und Drehmoment können an die Applikation angepasst werden. Spart Energiekosten, reduziert Verschleiß und bietet eine wartungsfreie Lebensdauer von über 20 Jahren.
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Frequenzumrichter: Die flexibelste Option mit stufenloser Drehzahlsteuerung über den gesamten Stellbereich. Verhindert Stromspitzen und ermöglicht optimale Anpassung an den Produktionsprozess. Hohe Anschaffungs- und Installationskosten.
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Vorteile der Softstarter: Verschleißminimierung, sanfter Start und einfache Integration in die Automatisierungslösung.
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Vorteile der Frequenzumrichter: Maximale Flexibilität bei der Motorregelung, höhere Lebensdauer, Funktionssicherheit und Drehzahlkonstanz, aber mit höheren Kosten verbunden.
Woran sparen Anwender von Softstartern?
Die Möglichkeiten der Softstarter werden häufig verkannt. Für alle Antriebslösungen, deren Motordrehzahl nach einem sanften Start nicht mehr geregelt werden müssen, sind diese Geräte die richtige Wahl. Das Anlaufverhalten/Drehmoment des Motors lässt sich über bis zu vier Parameter (analoge Versionen) und zusätzlichen Einstellungen (digitale Versionen) exakt den Applikationen anpassen. Somit starten Motor und Maschine verschleißminimiert.
Über die Anlaufzeit wird die Hochlauframpe definiert. Dies vermeidet ruck- und stoßartige Bewegungen, die den Prozess stören, und vermindert den Verschleiß an Riemen, Ketten, Getrieben und Lagern. Bei Pumpen wiederum eliminiert das sanfte Anfahren- und Abfahren die kritischen Druckstöße. Unabhängig von dem Hochlauf-Verhalten lässt sich auch der Anlaufstrom reduzieren beziehungsweise begrenzen. Das ist entscheidend für die Netzbelastung, hilft es Lastspitzen zu vermeiden und die mit dem Stromversorger vereinbarten Lastgrenzen einzuhalten.
Mit den verschiedenen Ansteuermöglichkeiten der Softstarter kann jeder Elektromotor einfach in die Automatisierungslösung eingebunden werden, da die Einstellungen einfach und schnell erledigt sind. Auch eine Temperatur- und Spannungsüberwachung (Phasenfehler) sind bei Softstartern möglich. Die Kombination mit einer Gleichstrombremse ist optional erhältlich. Ganz wichtig: Softstarter sind wartungsfrei und erreichen oft eine Lebensdauer von über 20 Jahren. Preislich liegen Softstarter zwischen Stern-Dreieck-Relais/Schütze und den Frequenzumrichtern. In Summe sparen Anwender mit Soft-Startern an vier Stellen: bei den Energiekosten, dem Verschleiß, Wartung des Softstarters und Preis.
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Warum mit Kanonen auf Spatzen schießen?
Zugegeben, Frequenzumrichter sind die flexibelste, letztendlich aber auch die aufwendigste Lösung für einen stufenlosen Anlauf des Drehstrom-Asynchronmotors. Mit ihrer einstellbaren Strombegrenzung verhindern sie ebenfalls Stromspitzen im elektrischen Netz und vermeiden stoßartige Belastungen der mechanischen Konstruktion.
Das Hauptargument gegenüber Softstarter liegt in der stufenlosen Drehzahl/Frequenz-Steuerung des Drehstrom-Asynchronmotors im Betrieb. Während bei direkt ans Versorgungsnetz angeschlossene Motoren ihre idealen Betriebsverhältnisse nur im stationären Arbeitspunkt erreichen, können diese frequenzgeregelt über den gesamten Stellbereich genutzt werden. Bedingt durch die konstruktive Auslegung ( zum Beispiel Rotor- und Statorblechmaterial) können Frequenzumrichter nicht mit jedem Motor eingesetzt werden.
Im Vergleich zu den anderen Startvarianten erscheint der Frequenzumrichter auf den ersten Blick als teuerste Lösung. Höhere Anschaffungskosten und zusätzlich erforderliche Installationsmaßnahmen (geschirmte Motorleitungen und Funkentstörfilter) sind Ursachen hierfür.
Durch die Anpassung von Drehzahl und Geschwindigkeit an den Produktionsprozess und die Kompensation äußerer Störgrößen gewährleistet die frequenzgeregelte Antriebseinheit wiederum eine höhere Lebensdauer und Funktionssicherheit sowie eine höhere Drehzahlkonstanz bei Lastschwankungen.
Je nach Ausprägung schützen parametrierbare Temperaturmodelle im Frequenzumrichter den Motor. In Verbindung mit Thermistoren ist auch ein so genannter Motor-Vollschutz möglich. Über- und Unterlasterkennung erhöhen zudem die Betriebssicherheit der Antriebseinheit.
Wenn also die maximale Flexibilität der Motorregelung im Vordergrund steht, die damit verbundene aufwendigere Parametrierung in Kauf genommen wird und der Preis zweitrangig ist, sollte man auf Frequenzumrichter zurückgreifen.
Arbeitet die Maschine mit der optimalen, konstanten Motordrehzahl und wird Wert auf eine werterhaltende und kostenbewusste Lösung gelegt, ist der Softstarter die richtige Wahl.
