Sanfter Start und Stopp

Andreas Seitz

Bisher sah man als Lösung zu diesen Problemen den Start über Stern-/Dreieck- und Spartransformatorstarter an. Beide Optionen haben jedoch Nachteile und lösen nicht die Probleme, die durch Verschleiß der Übertragungselemente und unstabile Prozessbedingungen entstehen. Die Stern-/Dreieck-Schaltung senkt den Anlaufstrom, verursacht jedoch beim Umschalten von Stern- auf Dreieckschaltung ein schädliches Einschwingdrehmoment. Sie ermöglicht es nicht, den optimalen Anlaufstrom zu wählen, was mitunter dazu führt, dass die Last bei Sternschaltung nicht auf die volle Drehzahl beschleunigt werden kann und die Stern-/Dreieck-Schaltung völlig wirkungslos bleibt. Außerdem hat sie keinen Einfluss auf den Verlauf des Motorstopps und lässt somit den Antrieb unkontrolliert herunterfahren.

Der Spartransformator verringert den Anlaufstrom, ermöglicht aber auch eine gewisse Beeinflussung des Anlaufstroms. Spartransformatoren schalten jedoch das Risiko eines Drehmomentsprungs beim Verstellen der Spannung nicht aus.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen bietet der Softstarter MCD 3000 (Abb. 1) im Buch- oder Kompaktformat eine Vielzahl von Vorteilen für den Betrieb von Motor und Anlage als eine Einheit. Dazu zählen flexibles Steuern von Anlaufstrom und -drehmoment, sanfte Steuerung von Strom und Spannung ohne Stufen oder Einschwingvorgänge sowie häufiges Starten und Stoppen ohne mechanische Schäden. Außerdem bietet er mehr Flexibilität bei Änderungen der Anlaufbedingungen und höhere Anpassungsfähigkeit in der Anwendung und ermöglicht eine Softstopp-Steuerung zum Verlängern der Motorbremszeit oder eine Bremssteuerung zur Verkürzung der Motorbremszeit. Zum Vergleich zeigt Abb. 2 die verschiedenen Drehmoment- und Stromkurven für Softstarter, Spartransformator, Stern/Dreieck und Direktanlauf.

Die Motorspannung wird nach dem Phasenanschnittprinzip gesteuert. Zwei Thyristoren in jeder Phase arbeiten als Leistungsschalter und ermöglichen dem Starter hohe Anlaufdrehmomente und häufige Starts und Stopps. Stromwandler messen den Motorstrom und liefern ein Rückführsignal zur Konstantstromregelung beim Motoranlauf sowie für zahlreiche Motor- und Anwendungsschutzfunktionen. Zum wirksamen Schutz muss man dem Starter Halbleitersicherungen vorschalten. Der Starter erfüllt auch die EMV-Anforderungen der Produktnorm IEC 947-4-2, Halbleitersteuerungen und -starter für Wechselstrommotoren.

Die Steuereingänge sind für 2-Draht- und Impuls-Start/Stopp-Befehle konfigurierbar und ermöglichen die Rückstellung und die Parametereinstellung mit Wahl zwischen zwei Motorparametersätzen. Der MCD 3000 besitzt drei programmierbare Relaisausgänge zur Steuerung von Netz-, Überbrückungs- und DC-Bremsschützen sowie von Betrieb, Abschaltung, Ausgang Ein und Hoch-/Niederstrom-Marke.

Ist der Softstarter in einem Schrank ohne Lüfter eingebaut, sollte ein Überbrückungsschütz (Bypass) eingesetzt werden, um Wärmeentwicklung während des Betriebs zu verhindern. Der Starter hat hierzu eingebaute Stromschienen für den Anschluss eines Überbrückungsschützes. Dadurch kann er den Motorstrom messen und alle Motorschutzfunktionen beibehalten, selbst wenn das Überbrückungsschütz geschlossen ist.

Der Softstarter bietet einen umfassenden Schutz von Motor und Anwendung. Zur Berechnung der Motortemperatur überwacht er ständig die Motorlast. Dieser Wert erscheint auf der Anzeige als Prozentsatz der maximalen Temperatur, und die Funktion ist sogar dann aktiv, wenn das Netzteil überbrückt ist. In der Anwendung verhindert der Unterstromschutz beispielsweise das Trockenlaufen von Pumpen, und der Überlastschutz gewährleistet die Erkennung von Fremdkörpern, die den Betrieb blockieren. Der Phasenfolgeschutz verhindert, dass Maschinen in falscher Drehrichtung laufen, und der Phasenunsymmetrieschutz beugt Unsymmetrien vor.

Der Softstarter ist einfach zu bedienen und mit einer Reihe von anwenderfreundlichen Merkmalen ausgestattet. Er ist wandmontierbar und bietet reichlich Platz für das Verschrauben und Anschließen der Kabel. Außerdem ist eine Montage Seite an Seite ohne Freiraum (Großgeräte mit nur 100 mm Freiraum) möglich, und es sind zur Durchführung beliebiger Aufgaben keinerlei Zusatzgeräte erforderlich. Für den Basisbetrieb ist nur ein Parameter einzustellen, für hochwertiges Steuern und Schützen sind es nur wenige mehr. Für den einwandfreien Betrieb ist keine Feldkalibrierung erforderlich. Der MCD 3000 hat für die Strommessung eine Werksgenauigkeit von ±5%. Die eingebaute Bedienungseinheit mit Anzeige ermöglicht eine schnelle Inbetriebnahme.

Die rot leuchtende Ziffernanzeige an der Bedienungseinheit dient der Programmierung oder Anzeige von Strom, Motortemperatur oder Fehlercode, während die grünen Starterzustands-LEDs mit der Beschriftung Start, Run, Trip und Remote anzeigen, ob Spannung am Motor angeschlossen ist, die volle Spannung am Motor angeschlossen ist, der Starter abgeschaltet hat, und ob der Motor über externe Steuersignale gesteuert wird. Die Bedienungseinheit (Abb. 3) verfügt auch über vier Programmiertasten, vier Betriebstasten zur Steuerung des Motors im lokalen Betrieb (mit Local/Remote-Taste anwählbar) sowie einen Steuereingang (digital) mit Zustands-LEDs.

Die Softstarter lassen sich vielseitig einsetzen und bieten für fast alle Motoranlaufanwendungen Vorteile. Bei Pumpen minimieren sie die hydraulischen Schläge in den Rohrleitungen beim Starten und Stoppen und reduzieren die mechanische Beanspruchung der Motorwelle auf ein Minimum. Sie sorgen für einen verringerten Anlaufstrom, und der Unterstromschutz verhindert Schäden durch verstopftes Rohr oder geringen Wasserstand. Die automatische Rückstellfunktion gewährleistet fortwährenden Betrieb unbemannter Pumpwerke. Der Phasendrehschutz verhindert Schäden durch Drehrichtungsumkehr der Pumpe, während der unverzögerte Überlastschutz Schäden durch Steinschutteintritt in die Pumpe unterbindet.

Durch den geregelten Anlauf ohne mechanische Stöße fallen an Förderbändern Gegenstände wie Flaschen, Gläser oder Dosen auf dem Band nicht um. Das Band wird weniger gestreckt und die Gegengewichtspannung wird verringert. Auch das geregelte Anhalten verläuft ohne mechanische Stöße. Selbst bei schwankenden Anlauflasten, z. B. beladen oder unbeladen anlaufenden Kohleförderbändern, ist das Sanftanlaufverhalten optimal. Höhere mechanische Lebensdauer und Wartungsfreiheit sind weitere Vorteile.

Bei Zentrifugen verhindert das sanft einwirkende Drehmoment eine mechanische Belastung. Die Anlaufzeiten sind gegenüber dem Stern-/Dreieckschaltungsanlauf kürzer. Dank Gleichstrombremse und Sanftbremsung verkürzen sich auch die Bremszeiten.

Bei Kompressoren erhöhen die verringerten mechanischen Stöße die Lebensdauer von Kompressor, Kupplungen und Motor. Der begrenzte Anlaufstrom ermöglicht das Starten großer Kompressoren, auch wenn die maximale Versorgungsleistung begrenzt ist. Der Betrieb in umgekehrter Drehrichtung wird durch den Phasendrehschutz unterbunden. Der verzögerungsfreie Überlastschutz verhindert Schäden durch das Eindringen flüssigen Ammoniaks in die Kompressorschraube.

Der geringere Anlaufstrom ist auch für Zerkleinerungsmaschinen von Vorteil. Die verzögerungsfreie Überlastabschaltung verhindert Schäden durch festsitzende Lasten. Durch Nutzung der Bremsfunktion erreicht man kürzere Bremszeiten. In Brechwerken steht die maximale Überlastbarkeit zum Durchfahren betriebsbedingter Überlastungen zur Verfügung. Das motorthermische Modell des Softstarters berücksichtigt das tatsächliche Überlastvermögen der angeschlossenen Motoren und schaltet nur ab, wenn dies unbedingt erforderlich ist. Die maximale Überlastbarkeit ist zum Starten verfügbar, falls das Brechwerk anhält, ohne völlig leer zu sein.

E cav 200