Motorinstallation, Motorschutz und Frequenzumrichter

Ein Asynchronmotor ist der verbreitetste Motortyp in der Industrie — robust, günstig und betriebssicher. Er zieht aber einen kräftigen Anlaufstrom und muss anders gegen Überlast geschützt werden als ein gewöhnlicher Stromkreis. Bei der Motorinstallation geht es deshalb um drei Dinge: den Motor in Gang zu bringen, ohne das Netz unnötig zu belasten, ihn gegen Überhitzung zu schützen und seine Drehzahl steuern zu können. Die maßgebenden Normen sind DS/EN 60204-1 (elektrische Ausrüstung von Maschinen) und DS/EN 60947-4-1 (Schütze und Motorstarter).

Ein Asynchronmotor zieht beim Direktanlauf im kurzen Anlaufmoment typischerweise das 5–8-Fache seines Nennstroms, bis er auf Drehzahl kommt. Bei kleinen Motoren ist das gleichgültig, bei größeren kann der Anlaufstrom aber Spannungseinbrüche im Netz verursachen und eine größere Versorgung erfordern. Deshalb gibt es mehrere Anlaufverfahren, die den Anlaufstrom auf Kosten des Anlaufmoments verringern.

Beim Stern-Dreieck-Anlauf wird der Motor in Sternschaltung (Y) gestartet und auf Dreieck (Δ) umgeschaltet, wenn er auf Drehzahl gekommen ist. Im Stern bekommt jede Motorwicklung nur die Phasenspannung (Leiterspannung geteilt durch √3), also ca. 58 % der Dreieckspannung. Da sowohl Strom als auch Moment im Quadrat von der Spannung abhängen, sinken Anlaufstrom und Anlaufmoment auf etwa ein Drittel gegenüber dem Direktstart.

Beispiel: Ein Motor, der beim Direktstart 6 · In zieht, zieht beim Stern-Dreieck-Start in der Sternstufe nur ca. 2 · In. Der Preis dafür ist, dass auch das Anlaufmoment nur ein Drittel beträgt — deshalb eignet sich die Methode nur für Lasten mit niedrigem Gegenmoment beim Start, etwa Kreiselpumpen und Ventilatoren, nicht für einen voll beladenen Förderer. (Im Web verifiziert: Y/Δ verringert Anlaufstrom UND -moment auf ca. 1/3.)

Bevor du einen Motor anschließt, liest du das Leistungsschild (Typenschild). Die Spannung steht als ZWEI Zahlen mit je einem eigenen Schaltungssymbol, z. B. »230 V Δ / 400 V Y« oder »400 V Δ / 690 V Y«. Die niedrige Zahl ist die Spannung, die an jeder einzelnen Wicklung anliegen darf. Die Wahl von Dreieck (Δ) oder Stern (Y) im Klemmenkasten wird deshalb von der NETZ-Spannung bestimmt: Die Wicklung muss ihre Nennspannung bekommen — nicht mehr und nicht weniger.

• 01Ein Motor mit der Kennzeichnung 230 V Δ / 400 V Y an einem 400-V-Netz → schalte ihn im STERN (Y). Jede Wicklung erhält dann 400/√3 = 231 V ≈ 230 V, genau das, was die Wicklung verträgt. Dreieck würde hier 400 V an eine 230-V-Wicklung legen, und der Motor brennt durch.
• 02Ein Motor mit der Kennzeichnung 400 V Δ / 690 V Y an einem 400-V-Netz → schalte ihn im DREIECK (Δ). Jede Wicklung erhält die vollen 400 V, die sie verträgt. Genau diesen Motortyp kann man an 400 V im Stern-Dreieck ANLAUFEN lassen (Start in Y, Umschaltung auf Δ), weil die Wicklung im Betrieb 400 V aushält.

Worked example — ein typisches Typenschild kann so aussehen: »3~ 400 V Δ / 690 V Y · 4,0 kW · cos φ 0,83 · 1450 U/min · IE3 · In 8,3 A (400 V Δ)«. Vorgehen: (1) Das Netz hat 400 V → in DREIECK schalten, denn die 400-V-Wicklung muss 400 V bekommen. (2) Den Nennstrom In = 8,3 A direkt vom Schild ablesen — rechne ihn nicht selbst aus, wenn der Wert dort steht. (3) Der Motorschutz (das Thermorelais) wird auf In eingestellt, einstellbar 100–115 %, also 8,3–9,5 A. cos φ und der Wirkungsgrad werden gebraucht, wenn du die AUFGENOMMENE Leistung berechnen sollst: die Schildleistung ist die abgegebene Wellenleistung, und die aufgenommene Leistung = P/η, während P ≈ √3 · U · In · cos φ · η die Werte miteinander verknüpft.