Der Schützsteuerung deutlich überlegen
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In der Praxis Elektrische Antriebstechnik ▲ 03/2005 Sanftstarter Sanftstarter bis zu 250 kW waren bisher nicht im Niederspannungs-Schalttechnik-Programm Sirius verfügbar. Diese Lücke ist nun geschlossen worden. Der Schützsteuerung deutlich überlegen ▲ ▲ ▲ Neue Sanftstarter-Serie Diesen Beitrag können Sie sich im Internet unter www.antriebspraxis.de downloaden Kompromisslösungen bei der Steuerung von Elektromotoren sind keine Seltenheit. Häufig werden leistungsstarke Antriebe über einfache Schütztechnik eingeschaltet – mit den bekannten Nachteilen. Siemens serviert nun ein Sanftstarter-Menü, das für Maschinen- und Anlagenbauer selbst bei Standard-Anwendungen attraktiv ist. von T. Hund u. A. Händler 32 Die Überlegung, Standard-Motorstarterlösungen oder Sanftstarter einzusetzen, kann künftig ohne weiteres zur Geschmacksfrage werden. Bisher ist das noch anders. Denn ein Sanftstarter oder alternativ ein Frequenzumrichter für den schonenden An- oder Auslauf von Elektromotoren drückt in hohem Maße auf den vorgegebenen Budgetrahmen. Deshalb fällt nach eingehendem Studium der „Menüvorschläge“ meistens die Entscheidung für die einfache Schützsteuerung. Mit der neuen Sanftstarter-Serie 3RW40 will Siemens viel mehr Anwender in den Genuss einer hervorragenden Technik bringen. Vor allem bei den schweren Antrieben ab 75 kW Anschlussleistung machen sich die Vorteile von Sanftstartern gegenüber den sonst üblichen Schützsteuerungen deutlich bemerkbar. Bisher bestand die einfachste Methode einen Drehstrom-Asynchronmotor zu starten darin, dass man eine schaltende Komponente und eine absichernde Komponente miteinander kombinierte. Häufig entscheiden sich die Konstrukteure für die Stern-Dreieck-Schaltung. Aber nicht nur der Strom steigt bei einem solchen Anlassverfahren sprungartig an, sondern auch das Drehmoment. Dieses Verhalten kann den daran angeschlossenen Prozess stören und im In der Praxis Elektrische Antriebstechnik ▲ 03/2005 Sanftstarter „Der Sirius 3RW40 bietet vielfältige Diagnosemöglichkeiten.“ Thomas Hund, Produktmanager Sanftstarter bei Siemens A&D „Sanftstarter müssen hohen Qualitätsansprüchen genügen.“ Axel Händler, Produktmanager Sanftstarter bei Siemens A&D schlimmsten Fall Schäden an der Maschine verursachen. Ein sanfter An- und Auslauf von Elektromotoren wirkt sich dagegen positiv auf die Lebensdauer des Motors aus, auf die Belastung der Kupplung sowie auf die gesamte Prozessregelung. Mit dem Sanftstarter 3RW40 zum Beispiel lassen sich Standardapplikationen wie Pumpen, Kompressoren, Pressen, Förderbänder, Lüfter, Rolltreppen, Mühlen, Kühlanlagen, Werkzeugmaschinen und vieles mehr besser und effektiver ausrüsten. Was ist nun anders geworden? Zwei wesentliche Merkmale, die einzigartig am Markt sind, machen die Sanftstarter 3RW40 zur Paradelösung für Elektroantriebe im Bereich von 75 bis 250 kW: Das eine ist die automatische Umschaltung von Thyristorsteuerung auf Überbrückungskontakte beim Erreichen der Motornenndrehzahl. Das zweite Attribut ist ein neues Verfahren für die störungsfreie, zweiphasige Ansteuerung. Diese beiden Innovationen positionieren die neuen Sanftstarter 3RW40, (aber auch die höherwertigen 3RW44) genau so, wie sie Elektrokonstrukteure haben wollen: Individuell steuerbare Ein- und Ausschalt-Rampen, während des Betriebs kei- sondern auch der hohe Verdrahtungsaufwand. In der Praxis macht sich dieser Mehrwert vor allem bei Leistungen ab 75 kW bei 400V deutlich bemerkbar. In diesem Segment gibt es meist keine fertig verdrahteten Lösungen. Variabler Phasenanschnitt Und so funktionieren die neuen Niederspannungs-Schaltgeräte: Sirius-Sanftstarter reduzieren die Motorspannung durch variablen Phasenanschnitt und heben sie rampenförmig von einer einstellbaren Startspannung bis auf Netzspannung an. Dabei begrenzen die Sanftstarter im Hochlauf den Strom und damit auch das Drehmoment. Ähnliches leisten die Geräte beim Sanftauslauf. Die Gerätesoftware überwacht kontinuierlich die Konstanz des Signalpegels ne zusätzlichen Energieverluste durch Halbleiterelemente, preislich vergleichbar mit normalen Schützsteuerungen und trotzdem keine negative Beeinflussung der Drehmomentkennlinie durch die zweiphasige Ansteuerung. Dabei beträgt der Platzbedarf eines Sirius-Sanftstarters etwa ein Drittel einer typischen Stern-Dreieck-Kombination vergleichbarer Leistung. Erheblich verringert wird aber nicht nur der Platz im Schaltschrank und auf der Hutschiene, Wie bereits erwähnt sorgen dafür Thyristoren in den beiden gesteuerten Phasen. Sobald die Nenndrehzahl des Motors erreicht ist, werden die integrierten Überbrückungskontakte geschlossen. Damit diese während der Bypassphase geschützt sind, hat Siemens ein elektronisches Lichtbogen-Löschsystem entwickelt. Die Gerätesoftware überwacht kontinuierlich die Konstanz des Signalpegels. Öffnet ein Bypasskontakt unbeabsichtigt, wird über die sich aufbauende Sperrspannung am Thy- Technik im Detail Sparpotenzial von Sanftstartern Der Sanftstarter Sirius 3RW40 weist für einen Motor mit der Bemessungsleistung von 250 kW bei 400 V eine Baubreite von nur 160 mm und eine Bauhöhe von 230 mm auf. Lediglich bei der Bautiefe verlangen diese ,Hybridstarter’ ein geringes Maß an Zugeständnissen. Eine vergleichbare Stern-Dreieck-Lösung besteht aus drei großen Schützen, von denen jeder einzelne fast so breit und hoch ist wie der Sirius 3RW40 alleine. Zusätzlich wird ein Zeitrelais und ein elektronisches Überlastrelais benötigt. Verdrahtet nimmt eine solche Stern-Dreieck-Lösung sicherlich mehr als den dreifachen Platz im Schaltschrank ein – verglichen mit dem Sirius 3RW40. Wichtig: Dreiphasig gesteuerte Sanftstart-Lösungen können in Bezug auf Platzersparnis 34 Mit der Software Win-Sikostart lässt sich ermitteln, ob und welche Anwendungen mit Hochlaufzeiten größer 20 Sekunden sich mit dem 3RW40 starten lassen und welche nicht. mit den kompakten Sirius-Sanftstartern nicht mithalten. Gleichzeitig reduziert sich die Anzahl der Leitungen vom Starter zum Motor von sechs auf drei. Also insgesamt betrachtet ein stattliches Sparpotenzial. Konstrukteure und Entwickler werden gleichermaßen davon profitieren: Mit dem neuen zweiphasig gesteuerten Sanftstartertyp 3RW40 können Antriebe bis zu einem Leistungsvermögen von 250 Kilowatt gestartet werden. Bild: Siemens Elektrische Antriebstechnik rius 3RW40 vielfältige Diagnosemöglichkeiten zur Verfügung. Unterstützt durch integrierte Funktionen wie Motorüberlastund Geräteeigenschutz sind diese Niederspannungs-Schaltgeräte für eine Vielzahl von Anwendungen die richtige Wahl. Resümee: Am Beispiel der neuen Sirius-Sanftstarter wird deutlich, wie sich die Steuerungstechnik auf die Anforderungen der Maschinen- und Anlagenhersteller einstellt. Schließlich ist der Kunde König. Und warum soll er sich mit einfachen Schützsteuerungen oder gar mit 03/2005 überzogenen Umrichterlösungen zufrieden geben, wenn er eine günstige Hightech-Lösung einsetzen kann, die genau dazwischen liegt? Webguide www.siemens.com Siemens A&D Direkter Zugriff unter www.antriebspraxis.de Code eintragen und go drücken ap0075 ▲ ▲ ▲ ristor eine Signalflanke generiert. Bei einem Stromnulldurchgang werden die Thyristoren sofort angesteuert und übernehmen den Stromfluss. Der sich aufbauende Lichtbogen an den Bypasskontakten wird damit frühzeitig gelöscht. Und noch ein interessanter Aspekt: Über ein Drehpotentiometer kann am Sanftstarter sogar eine Strombegrenzung bis zum fünffachen des definierten Betriebsbemessungsstroms eingestellt werden. Erreicht der Strom beim Hochlaufen die eingestellten Grenzen, wird über die Phasenanschnittsteuerung die Zunahme der Spannung verringert. Der Sanftstarter begrenzt damit den Strom auf den maximalen Wert und hält ihn konstant. Für die Praxis bedeutet dies, dass eine Startphase selbst über die am Potentiometer maximal einstellbare Zeit von 20 Sekunden hinausgehen kann. Die Umschaltung auf die Bypass-Kontakte erfolgt in solchen Fällen ebenfalls erst dann, wenn die Nenndrehzahl erreicht ist. Die physikalisch bedingte Unsymmetrie aufgrund der eingangs angesprochenen, zweiphasigen Ansteuerung gleicht der Softstarter durch ein bei Siemens entwikkeltes, patentiertes Verfahren aus. ,Polarity Balancing’ kompensiert die Entstehung von Gleichspannungskomponenten während des Hochlaufs durch den intelligenten Abgleich der unterschiedlich gepolten Stromhalbwellen. Der wesentliche Unterschied zu bisherigen Verfahren besteht im Steuerprinzip. Während andere Verfahren die Strangspannungen steuern, orientiert sich Polarity Balancing an den Thyristorsperrspannungen. Nun ist bekannt, dass die ohne Kompensation auftretenden Gleichstromanteile nicht nur Bremsmomente im DrehstromAsynchronmotor erzeugen, sondern auch akustisch wahrnehmbare Geräusche verursachen. All das ist für die Praxis nicht akzeptabel, weshalb Sanftstarter hohen Qualitätsansprüchen genügen müssen. Dank integrierter Zustands- und Fehlerüberwachung stellt der Si- In der Praxis 35
