Sanfter Anschub

Industrieelektronik

Umrichtertechnik - Bei den Sanftanlaufgeräten integriert eine neue und raumsparende Entwicklung alle wesentlichen Schutzfunktionen in einem einzigen Gerät.

26. Februar 2009

Ein hohes Drehmoment und niedrige Anschaffungskosten – das sind die Vorteile des Drehstrom-Asynchronmotors. Der Nachteil: hohe Einschaltströme bei einer direkten Aufschaltung auf das Netz. Diese betragen bis zum Achtfachen des Motornennstroms und belasten das Netz, die Verkabelung, den Motor und andere Verbraucher. Lange Zeit war die Stern-Dreieck-Schaltung der ideale Kandidat, um den Einschaltstrom zu begrenzen. Sie hinkt aber vor allem den Forderungen der Anwender weit hinterher. Der Frequenzumrichter ist im Vergleich dazu die High-End-Variante für einen Sanftanlauf. Allerdings muss der Anwender dafür deutlich tiefer in die Tasche greifen und mehr Platz im Schaltschrank zur Verfügung stellen.

Als Lösung, die zwischen Stern-Dreieck-Schaltung und Frequenzumrichter liegt, empfehlen sich elektronische Sanftanlaufgeräte. Was auf den ersten Blick fast wie ein Kompromiss aussieht, täuscht. Denn wer keine Drehzahlregelung benötigt, dem bieten diese Geräte ausgefeilte Lösungen, um seine Anwendungen mit Drehstrom-Asynchronmotoren zu optimieren. Folgende Anforderungen stellen die Anwender an die heutigen Sanftstarter: Ein integrierter Überlastschutz, hohe Nenn-Betriebsspannung, einstellbare Strombegrenzungen beim Anlauf sowie unterschiedliche Rampen für eine sanfte An- und Auslauffunktion.

Viele Anforderungen

Dazu kommen Schutzfunktionen wie das Erkennen von Phasenfolge, -bruch und -asymmetrie. Wichtig sind auch möglichst geringe Abmessungen. Ende November stellte Carlo Gavazzi auf der SPS 2008 in Nürnberg ein neues Sanftanlaufgerät, den RSHL Midi Smart, vor. Dieser vereint alle genannten Eigenschaften in einem Gerät, obwohl er nur 45 mm breit ist, bei vereinfachter Bedienung. Dafür verzichtete Carlo Gavazzi etwa auf die freie, aber meist mühsame Parametrierung der Rampenprofile. Denn die Erfahrung der Kunden hat gezeigt, dass die meisten Anwendungen mit wenigen Profilen abgedeckt werden können. Daher bietet die Neuentwicklung neun Rampenprofile – nur die Anlaufzeit kann der Anwender zusätzlich über vier Multiplikationsfaktoren einstellen. Zwei dieser Kennlinien sind speziell für Pumpen und Kompressoren vorgesehen, da die Standardrampe für solche Anwendungen nicht geeignet ist. So verhindert beispielsweise ein langsamerer Auslauf (Polynomfunktion statt logarithmischer Verlauf) bei Pumpen den Wasserschlag. Damit ist die Beanspruchung von Leitungen und Rückschlagklappen deutlich geringer. Dies bieten zwar auch Geräte andere Hersteller, aber sie sind meist teurer, vor allem aber wesentlich größer. Weitere Eckdaten der Neuentwicklung sind: Netz-Betriebsspannungen bis 600 VAC, ein Multi-Steuerspannungsbereich von 24 bis 550 VAC/DC sowie vier Nennbetriebsströme von 2, 5, 12 und 18 A. Eine der bedeutendsten weiteren Forderungen ist die Überwachung der Motortemperatur über den Strom.

Smarter Schutz

Weder der Thermofühler noch das elektromechanische Bimetallrelais reagieren bei einem plötzlichen Blockieren des Motors schnell genug – was das Aus für den Motor bedeutet. Lediglich ein elektronisches Schutzrelais schützt den Motor effektiv. Im RSHL Midi Smart ist es bereits integriert. Die Begrenzung des Stroms erfolgt nach den Auslöseklassen 10 (voreingestellt) und 20 auf Basis der internationalen Norm IEC60947-4-1. Diese Norm definiert den maximalen Zeitraum, in dem bei einem bestimmten Strom und einer definierten Überlastbedingung die Auslösung erfolgen muss. Dieser liegt beispielsweise bei dem 1,5-fachen Nennbetriebsstrom und hohen Temperaturen innerhalb 240 Sekunden (Class 10) und 480 Sekunden (Class 20). Deutlich andere Werte gelten bei einer Belastung aus kaltem Zustand mit einem 7,2-fachen Nennbetriebsstrom. Hier muss die Auslösung innerhalb 4 bis 10 Sekunden, beziehungsweise 6 bis 20 Sekunden erfolgen. Erfolgt eine Auslösung aufgrund einer Überlast, so bleiben bei einem Neustart alle Voreinstellungen erhalten, nur die Auslöseklasse wird auf Class 10 zurückgesetzt. Natürlich sind auch die Thyristoren elektronisch gegen Überhitzung geschützt. Darüber hinaus sitzen sie bei dem RSHL Midi Smart direkt auf dem Kühlkörper, was eine hohe Schalthäufigkeit erlaubt. Und da sie voll isoliert sind, ist der Kühlkörper sogar extern angebracht. Auch der einstellbare Bemessungsstrom für den Anlauf des Motors ist ein Plus, das sonst nur deutlich teurere Geräte bieten. Diese Flexibilität hinsichtlich der Leistungsaufnahme bezieht sich allein auf den Anstieg der Rampe. Die zeitlichen Begrenzungen betragen 5 Sekunden für eine Überlast von 150 und 250 %, 10 Sekunden für 350 % und 20 Sekunden für 450 % des Nennstroms. Mit diesem Sanftanlaufgerät ist also auch ein sogenannter Schweranlauf möglich. Das heißt, zu Beginn wird ein höherer Strom aufgeprägt, um eine große Masse in Bewegung zu versetzen. Auch wenn das Erkennen von Phasenfolge und -bruch bei Sanftanlaufgeräten mittlerweile zum Standard gehört – bei der Phasen-Asymmetrie ist dies eher die Ausnahme. Das RSHL Midi Smart von Carlo Gavazzi bietet alle drei Schutzfunktionen. Dabei bezieht sich das Erkennen der Phasenfolge darauf, dass der Antrieb in die richtige Richtung dreht. Dies ist für den Erstanschluss wichtig. Die Kontrolle des Phasenbruchs hingegen stellt sicher, dass alle drei Phasen überhaupt vorhanden sind. Dann wird der Start des Motors unterbunden, da der Phasenbruch meist einen schnellen Anstieg der Temperatur verursacht. Das ist auch die Folge einer Phasenasymmetrie. Hier liegt die Ursache aber darin, dass die Spannung einer Phase abgesunken ist oder dass sie durch andere Verbraucher zu hoch belastet wird.

Dr. Peter Stipp/aru

Fakten

- Die Carlo Gavazzi GmbH wurde 1969 gegründet.

- Das Produktsortiment umfasst Sensoren, Kontroll- und Überwachungsrelais, Zeitrelais, Halbleiterrelais, Sicherheitstechnik und Feldbussysteme.

- Der Unternehmensbereich Automation Components Business Unit besitzt 17 Vertriebsgesellschaften und über 40 Vertretungen weltweit.

Erschienen in Ausgabe: 01/2009