Auswirkungen der ErP-Richtlinie auf die Schutzsysteme von Elektromotoren Das Ende für Schütze und Motorstarter?

Redakteur: Silvano Böni

Die Energieeffizienzklassen für Elektromotoren von IE2 über IE3 und IE4 bis hin zu IE5 werden in der Branche intensiv diskutiert. Eines steht dabei fest: Der Bedarf an Frequenzumrichtern wird steigen. Vielerorts wird deshalb bereits das Ende für Schütze und Motorstarter ausgerufen. Doch haben diese wirklich ausgedient?

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(Bild: Eaton)

Bislang gab es vor allem zwei Alternativen, um elektrische Antriebe effizient zu schützen und zu schalten: den Motorstarter und den Frequenzumrichter. Der Motorstarter bietet eine kostengünstige Lösung mit einfacher Handhabung und hoher Zuverlässigkeit, aber begrenzter Funktionalität. Der Frequenzumrichter hingegen wartet mit der Möglichkeit der variablen Drehzahlregelung und mit viel Funktionalität auf. Das geht jedoch mit einer höheren Komplexität einher, die höhere Investitionen und in der Regel fundierte Antriebstechnik-Kenntnisse des Anwenders erfordert. Welche Lösung die «richtige» ist, lässt sich nur individuell für jeden Anwendungsfall und unter Berücksichtigung des gesamten Systems entscheiden. Um die Energieeffizienz von Elektromotoren auf das Niveau der Wirkungsgradklasse IE3 zu heben, mussten die Motorenhersteller einige konstruktive Veränderungen vornehmen. Viele dieser Massnahmen beeinflussen die elektrischen Eigenschaften des Motors, sodass diese weniger ohmschen Widerstand haben und infolgedessen die Einschaltströme steigen. Das heisst, dass sich gleichzeitig die Anforderungen an die Schaltgerätetechnik wie Schütze und Motorschutzschalter ändern. Doch welche Optionen hat der Anwender?

Neue Zwitterlösung

Ob Direktstart, Stern-Dreieck-Starter oder Softstarter – alle drei Motorstartvarianten zielen darauf ab, die hohen Anlauf- und Stossströme der Drehstrommotoren mit ihren störenden Spannungseinbrüchen im Netz und starken Stossmomenten in der Mechanik sicher zu handhaben. Die bislang wichtigste Alternative hierzu ist der Frequenzumrichter. Dieser ermöglicht eine stufenlose Drehzahlregelung des Drehstrom-Asynchronmotors und verhindert ausserdem hohe Stromspitzen im elektrischen Netz und stossartige Belastungen in den mechanischen Teilen von Maschine und Anlage.

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Seit kurzem gibt es jetzt noch eine dritte Alternative – den Drehzahlstarter. Dieser schliesst eine bislang bestehende Lücke: Sind Frequenzumrichter für viele Anwendungen wie Pumpen oder Lüfter hinsichtlich Komplexität und Funktionalität häufig überdimensioniert, bieten klassische Motorstarter keine Möglichkeit zur Drehzahlregelung. Genau in diesem Zwischenbereich stellen die neuen Drehzahlstarter (Speed Starter) eine ideale Lösung dar:

  • Start von Motoren in Anwendungen mit konstanter Drehzahl, die kein reduziertes Startmoment zulassen, in denen aber der hohe Einschaltstrom und die hohe mechanische Beanspruchung beim direkten Start nicht akzeptabel sind.
  • Anwendungen mit konstanter Drehzahl, die aber eine Frequenz erfordern, die nicht der Nennfrequenz entspricht (zum Beispiel schnell laufende Motoren für die Werkzeuge in der Holzindustrie).
  • Häufig startende Motoren, in denen der hohe Einschaltstrom beim Direktstart am Netz zu einer Überhitzung des Motors führen würde.
  • Einfache Anwendungen in den Fällen, wo bisher ein Motorstarter eingesetzt wurde, aber aus Gründen der Energieeffizienz eine variable Drehzahl erforderlich ist. Anwendungen, in denen die bisherigen Low-End-Frequenzumrichter immer noch zu komplex sind.

Die wichtigsten Fragen vor dem Kauf von Steuer- und Regelgeräten für Motoren:

  • Handelt es sich um eine Anwendung mit fester oder variabler Drehzahl?
  • Wie hoch sind die Anlaufströme des Motors beim Direktstart (höhere Energieeffizienzklassen bedeuten in der Regel höhere Anlaufströme)?
  • Mit welchem Anlauffaktor (Anlaufspitzenstrom zu Betriebsstrom) muss gerechnet werden (höhere Motoreffizienzklassen verlangen höhere Anlauffaktoren!)?
  • Sind die Bemessungsdaten des Motors bekannt (Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Effizienzklasse)?
  • Um welchen Motorentyp handelt es sich (Asynchronmotor, Synchronmotor, Permanentmagnetmotor, Reluktanzmotor)?
  • Kann beim Start eines Motors, der mit konstanter Drehzahl läuft, ein reduziertes Anlaufmoment akzeptiert werden?
  • Wie sind die Umgebungsbedingungen (zum Beispiel Schutzartklasse, EMV, Vibrationen)?
  • In welcher spezifischen Applikation soll der Motorschutz/die Motorsteuerung eingesetzt werden, das heisst, wie viel Funktionalität ist wirklich erforderlich?
  • Gibt es spezielle Anforderungen zur Steuerung und Bedienung?

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