Sanft anlassen

Softstarter - Ob die Gondel ohne Ruckeln startet oder das Förderband ruckfrei beschleunigt - Softstarter sorgen für geregelten Anlauf. Die Technik der sanften Alternativen zur Stern- und Dreieckschaltung hat sich weiter entwickelt. Welche neuen Möglichkeiten bringt sie dem Anwender heute?

30. Juni 2005

Softstarter minimieren zum Beispiel Wasserschläge beim Einsatz in Pumpen während des An- und Auslaufs in den Rohrleitungen. Sie verringern den Anlaufstrom sowie die mechanische Beanspruchung der Motorwelle. Bei niedrigem Wasserstand oder verstopftem Rohr verhindert ein Unterstromschutz mögliche Schäden. An Förderbändern verhindern Sanftanlasser durch die Regelung von Anlauf und Verzögerung ohne mechanische Stöße, dass Gegenstände, wie Flaschen, Gläser oder Dosen, auf dem Band umfallen. Zudem wird das Band weniger gestreckt und die Gegenspannung wird verringert. Das steigert die mechanische Lebensdauer und verlängert Wartungsintervalle. Bei Kompressoren erhöhen Softstarter die Lebensdauer von Aggregat, Kupplungen und Motor. Der begrenzte Anlaufstrom ermöglicht zudem das Starten großer Kompressoren, auch wenn die maximale Versorgungsleistung begrenzt ist. Auch bei Lüftern und Zentrifugen verringert das sanft ansteigende Drehmoment die mechanische Beanspruchung und ermöglicht bei Zentrifugen kürzere Auslaufzeiten. Bei Bandsägen verkürzt sich die Zeit zum Austausch des Sägebands, da die Sanftbremsfunktion den Motor schnell stoppt. Durch den Wegfall von Drehmomentschlägen beim Anlauf erhöht sich zudem die Lebensdauer des Sägebands. Außerdem ermöglicht die langsame Beschleunigung die Spureinstellung der Sägebänder ohne Tastbetrieb. Zum Durchfahren betriebsbedingter Überlastungen verfügen manche Softstarter über eine maximale Überlastbarkeit, die das tatsächliche Überlastvermögen der angeschlossenen Motoren berücksichtigt und nur dann abschaltet, wenn dies unbedingt erforderlich ist.

Softstarter steuern die Drehzahl oder das Drehmoment vom Stillstand bis zur vollen Drehzahl. Im Unterschied dazu ermöglichen Frequenzumrichter die Optimierung von Drehzahlen und Drehmomenten auch während des Betriebs, beispielsweise für Synchronisierung oder Positionierung. Softstarter sind damit eine gute Alternative zu Stern/Dreieck- und Spartransformator-Startern. Der Stern/Dreieck-Starter senkt zwar den Anlaufstrom, erzeugt aber beim Umschalten von Stern- auf Dreieckschaltung eine schädliche, kurzzeitige Drehmomentspitze. Außerdem erlaubt der Stern/Dreieck-Anlauf nicht immer die Wahl der optimalen Anlaufstromstärke. In der Sternschaltung lässt sich deshalb die Last manchmal nicht auf die volle Drehzahl beschleunigen. Zudem hat ein solcher Starter keinen Einfluss auf die Art, wie ein Motor stoppt, und lässt die Spannungsrampe unkontrolliert absinken. Auch der Spartransformator verringert zwar den Anlaufstrom - und ermöglicht auch eine gewisse Kontrolle über dessen Niveau -, verhindert jedoch nicht das Risiko eines Drehmomentsprungs beim Ändern der Spannung.

Bislang bot der dänische Antriebstechnik-Hersteller Danfoss Motion Controls für den sanften An- und Auslauf von Motoren sowie den Schutz von Motor und Anwendung ausschließlich die Softstarter-Serie MCD 3000 als vielseitige Motorstarter-Lösung mit einer Vielzahl von Funktionen. Jetzt hat Danfoss eine kompakte und kostengünstige Softstarter-Baureihe vorgestellt. Die neue Serie mit der Bezeichnung VLT MCD 200 ist eine Alternative zu Stern/Dreieck-Schaltungen sowie in vielen Fällen zu drehzahlveränderbaren Umrichtersteuerungen. Die Softstarter eignen sich für den Leistungsbereich von 7,5 bis 110 Kilowatt. Beim Modell VLT MCD 201 wird die Motorspannung mittels Thyristoren rampenförmig nach und nach bis auf die Netzspannung erhöht. Geschaltet wird die elektrische Leistung über eine Rücken-an-Rücken Kopplung mit zwei Thyristoren pro gesteuerter Phase. Beim Modell VLT MCD 202 dagegen messen Stromwandler den Motorstrom und liefern ein Rückführsignal für den strombegrenzten Anlauf und die Motorschutz-Funktionen. Nach diesem Prinzip arbeitet die Multifunktions-Softstarterlösung MCD 3000. Der Unterschied zwischen den beiden Ausführungen liegt vor allem im Umfang des Schutzes: So bietet der MCD 202 zusätzlich wählbare Abschaltschwellen als Motor-Überlastschutz sowie eine Überwachung einer maximal zulässigen Anlaufzeit. Die Erkennung von richtiger Phasenfolge und Phasenunsymmetrie verhindert den Betrieb in umgekehrter Drehrichtung. Beim Einsatz in Kühlaggregaten verhindert der verzögerungsfreie Überlastschutz das Eindringen von flüssigem Ammoniak in die Kompressorschraube. Der Starter besitzt einen Motorthermistor-Eingang und ist vor ungewolltem Anlauf bei einem Fehler im Netzspannungskreis geschützt, etwa bei einem Thyristor-Kurzschluss. Ein weiterer Unterschied besteht im Sanftanlauf-Prinzip. Beim MCD 201 lässt sich das Anfangsdrehmoment in Stufen von 30 bis 70 Prozent des direkten Netzspannungs-Anlaufmoments einstellen. Beim Start steigt die Spannung rampenförmig bis zur Netzspannung an, entsprechend der vorgewählten Zeit von maximal 20 Sekunden.

Stromgesteuerte Softstarter wie der MCD 202 überwachen den Motorstrom und benutzen dieses Rückführsignal, um die Spannung während des Anlaufs so zu regeln, dass ein anwenderspezifizierter Anlaufstrom eingehalten wird. In Verbindung mit der strombegrenzenden Anlauffunktion kann ein rampenförmig zunehmender Anfangsstrom verwendet werden; dies ist vorteilhaft, wenn sich die Lastbedingungen zwischen den Starts ändern.

Beide Typen sind aufgrund der internen Überbrückungsschaltung kompakt und lassen sich leicht installieren und einstellen. Zusätzliche Schütze sind nicht erforderlich. Um nötigenfalls eine galvanische Trennung vom Netz zu erreichen, lässt sich ein Netzschütz über ein Ausgangsrelais ansteuern.

Beide Ausführungen sind mit eingebautem Bypass-Schütz zum Überbrücken der Thyristoren bei voller Drehzahl ausgestattet, so dass die Leistungsverluste minimiert und die Verlustwärme verringert werden. Softstarter werden üblicherweise mit Drehschaltern programmiert.

Der MCD 201 bietet eine zeitgesteuert ansteigende und abfallende Spannungsrampe. Das Modell MCD 202 ermöglicht zudem strombegrenzte Anläufe sowie eine zeitlich gesteuerte, abfallende Spannungsrampe und besitzt zudem integrierte Funktionen zum Motorschutz. Eine optional erhältliche externe Bedientafel ermöglicht eine Fernbedienung. Beim MCD 202 besitzt diese zudem einen motorstromproportionalen Analogausgang. Zusatzmodule für serielle Kommunikation erlauben eine Steuerung der Geräte über Profibus, DeviceNet oder Modbus RTU. Für höhere Ansprüche bietet Danfoss die bewährte Starterlösung MCD 3000, die sich im Standardbetrieb für den Leistungsbereich von 7,5 bis 800 Kilowatt (dreiphasig) eignet. Durch Verwendung einer Wurzel-3-Schaltung kann das Gerät auch Motoren bis zu 1.200 kW steuern. Es ermöglicht eine volle Kontrolle über den Anlaufstrom und bietet zusätzlich eine Drehmomentregelung, Kickstart und eine zweifache Anlaufparameter-Funktion.

Vier verschiedene, automatisch einstellbare Profile zum sanften Anhalten ermöglichen den Einsatz in einer Vielzahl von Pumpen-Anwendungen, wo sie die Wahrscheinlichkeit von Druckschlägen während des Pumpenstopps minimieren. Bei Verwendung an einer Bandsäge ermöglicht die standard- mäßig eingebaute DC-Bremse eine Schnellstopp-Funktion.

Zum Schutz für Motor und Anwendung bietet der MCD 3000 weitere Schutzfunktionen wie Unterstrom- und Thermistoreingang. Der Unterstromschutz des MCD 3000 verhindert Schäden durch ein verstopftes Rohr oder einen zu niedrigen Wasserstand, und die automatische Rückstell-Funktionalität gewährleistet einen fortwährenden Betrieb unbemannter Pumpwerke.

Erschienen in Ausgabe: 03/2004