A A A
| Sitemap | Kontakt | Impressum | Datenschutz
ETZ Logo VDE Verlag Logo

01 Die kompakten Drehzahlstarter „PowerXL DE1“ von Eaton stellen die ideale Lösung für Anwendungen dar, die nur eine begrenzte Funktionalität, aber eine variable Drehzahl erfordern

Effizient und sicher schalten, schützen, antreiben im IE3-Zeitalter

02 Der Drehzahlstarter lässt sich so einfach handhaben wie ein Motorstarter, bietet aber gleichzeitig die Möglichkeit der variablen Drehzahlregelung. Mit der 45 mm breiten Version FS1 lassen sich Motoren von bis zu 1,5 kW ansteuern, die Variante FS2 (90 mm breit) ist für Leistungen von 2,2 kW bis 7,5 kW ausgelegt

03 Bei Bedarf kann der Bediener mit dem Schraubendreher und einem aufsteckbaren Konfigurationsmodul die wichtigsten Parameter individuell verändern. Durch Aufstecken auf weitere Drehzahlstarter lässt sich der Parametersatz einfach übertragen

04 Eaton hat seine Schalt- und Schutzgeräte „IE3 ready“ ausgelegt

Die „ErP“-Richtlinie verfolgt einen bedeutenden ökologischen Ansatz: Energieeffizienz für energieverbrauchsrelevante Produkte. Doch sie betrifft nicht nur Elektromotoren, sondern auch Schutzorgane und Ansteuergeräte. Eaton stellt sich der Herausforderung, dem Maschinen- und Anlagenbau sichere und zukunftsweisende Lösungen zu bieten, um den sich ändernden Anforderungen gerecht zu werden. Hierzu zählt eine neue Geräteklasse: der Drehzahlstarter.

In globalen, zunehmend stärker umkämpften Märkten geht es für den Maschinen- und Anlagenbau darum, in immer kürzeren Zeiträumen und zu immer günstigeren Konditionen individuelle Maschinen und Anlagen zu entwickeln und zu fertigen. Gleichzeitig müssen diese Maschinen und Anlagen über die gesamte Lebensdauer höchste Anforderungen an Zuverlässigkeit und Energieeffizienz erfüllen. Für den Maschinenbauer gilt es also, einfache, kompakte und kostengünstige Maschinen zu konzipieren, die die aktuellen Vorschriften erfüllen. Auf diese Bedürfnisse hin richtet Eaton sein Lösungsangebot für den Maschinen- und Anlagenbau aus, um Kunden dabei zu unterstützen, ihre Wettbewerbsfähigkeit weiter zu erhöhen. Die „ErP“(Energy-related Products)- oder auch Ökodesign-Richtlinie zwingt Maschinenbauer, ihre Konstruktionen zu überdenken und anzupassen. Es geht darum, die Energieeffizienz von energieverbrauchsrelevanten Produkten zu steigern. So wird ab dem 1. Januar 2015 Energieeffizienzklasse IE3 für Standard-Asynchronmotoren mit Leistungen von 7,5 kW bis 375 kW gesetzlich vorgeschrieben. Alternativ besteht die Möglichkeit, einen IE2-Motor mit einer elektronischen Drehzahlregelung zu betreiben. Ab dem 1. Januar 2017 sind auch Antriebe mit Leistungen ab 0,75 kW betroffen. Die Folge ist, dass die elektronische Drehzahlregelung weiter an Bedeutung gewinnt. Gerade bei einfachen Applikationen ist zu erwarten, dass verstärkt ein Wechsel vom Motorstarter in Richtung Frequenzumrichter stattfinden wird. Dieser Trend stellt jedoch viele Anwender vor Herausforderungen, denn die Komplexität der Geräte ist hoch und in der Regel sind fundierte Kenntnisse der Antriebstechnik notwendig. Für viele Anwendungen, wie Pumpen oder Lüfter, ist ein Frequenzumrichter häufig funktional überdimensioniert. Dahingegen bietet der Motorstarter den Vorteil der einfachen Handhabung; er ist jedoch in seiner Funktionalität begrenzt.

Drehzahlstarter: Einfach und doch vielseitig
Mit dem Drehzahlstarter „PowerXL DE1“ (Bild 1 und 2) bietet Eaton nun eine Lösung an, welche die Vorteile von Motorstarter und Frequenzumrichter vereint: In der Handhabung so einfach wie ein Motorstarter, aber mit der Möglichkeit der variablen Drehzahlregelung. Das heißt, es gibt keine Knöpfe und Bedienelemente, sodass die Inbetriebnahme „Out-of-the-Box“ möglich ist: Der Anwender packt das Gerät aus, schließt es wie einen Motorstarter an, und schon ist es betriebsbereit – ohne dass eine Parametrierung notwendig wäre. In einem Praxistest hat Eaton ermittelt, dass im Vergleich zu konventionellen Lösungen somit Zeiteinsparungen bei der Inbetriebnahme von bis zu 80 % erzielt werden können.

„Trip Free Design“ steht für Zuverlässigkeit
Dank des „Trip Free Designs“ bietet der Drehzahlstarter höchste Verfügbarkeit. Ein interner Regelalgorithmus sorgt dafür, dass keine Abschaltung durch Überspannung zum Beispiel aufgrund von Energierückspeisung auftritt. Es umfasst zudem eine DC-Bremsfunktion und zur Vermeidung einer Überschreitung der kritischen Gerätetemperatur die Funktion der automatischen Reduzierung der Schaltfrequenz. Die Vorteile dieses Konzepts zeigen sich in der Praxis. Bei vielen Anwendungen, bei denen Zentrifugalkräfte wirken, zum Beispiel Industriewaschmaschinen, können Unwuchten ein Problem darstellen. An der einen Seite muss der Motor die Last hochziehen, auf der anderen Seite beschleunigt die Unwucht den Motor mechanisch, sodass dieser schneller dreht als es der Drehzahlstarter vorgibt. In diesem Fall kommt es zur generatorischen Energierückspeisung. In der Regel muss die Energie hier über einen Bremswiderstand abgeführt werden. Der DE1 bietet hier durch den bereits angesprochenen Regelalgorithmus eine echte Alternative. Mit seinem einzigartigen Leistungsprofil und ausgelegt für Umgebungsbedingungen von –10 °C bis 50 °C/60 °C erfüllt der Drehzahlstarter die Anforderungen vieler Applikationen im Markt, für die es bisher keine ideale Lösung gab. Hierunter fallen zum Beispiel Anwendungen, bei denen ein Direktstart über Stern-Dreieck oder einen Softstarter nicht möglich ist, da die Applikation kein reduziertes Startmoment zulässt und ein direktes Einschalten zu einem sehr hohen, nicht gewünschten Anlaufstrom führt. In der Fördertechnik ist dies unter anderem der Fall, wenn Maschinen oder Brecher nach einem Stopp unmittelbar unter voller Last anfahren müssen.

Selbst für viele einfache Anwendungen, wie sie gerade in der Transporttechnik vorkommen, sind reguläre Frequenzumrichter häufig überdimensioniert. Generell stellen Drehzahlstarter die ideale Lösung für alle Applikationen dar, die nur eine begrenzte Funktionalität aber eine variable Drehzahl erfordern, für Anwendungen mit konstanter Drehzahl, bei denen aufgrund der gegenüber IE2-Motoren geänderten mechanischen Abmessungen kein IE3-Motor eingesetzt werden kann, oder Anwendungen mit sehr hoher Starthäufigkeit und damit einhergehender hoher thermischer Belastung für den Motor. Über die Werkseinstellung hinaus sind individuelle anwendungsspezifische Anpassungen möglich. So kann der Bediener über ein aufsteckbares, universell verwendbares Konfigurationsmodul (Bild 3) mit dem Schraubendreher die wichtigsten Parameter gegenüber der Werkseinstellung individuell verändern – ohne dass Tastatur, Software oder Handbuch notwendig wären. Damit lassen sich Rampenzeiten, Motorschutz, Netzfrequenz und Klemmenkonfiguration anpassen. Die Einstellungen lassen sich dann durch Aufstecken auf das DE1-Gerät und Betätigen der Set-Taste direkt auf weitere Drehzahlstarter übertragen. In der Serienproduktion oder beim Austausch im Fehlerfall erleichtert und beschleunigt diese Funktionalität die Inbetriebnahme. Zudem kann der Anwender die neuen Geräte ebenso wie die Frequenzumrichter von Eaton über die Software „drivesConnect“ parametrieren sowie den Bluetooth-Kommunikations-Stick für das einfache Kopieren der Parameter von einem Gerät auf weitere nutzen.

„IE3 ready“ beim Schalten und Schützen
Doch auch klassische Motorstarterkomponenten, wie Schütze und Motorschutzschalter, behalten ihre Berechtigung als kosten- und energieeffiziente Lösung gerade für Anwendungen mit fester Drehzahl oder geringen Schalthäufigkeiten. Allerdings ist hier zu beachten, dass energieeffiziente Elektromotoren ein anderes Anlaufverhalten aufweisen als herkömmliche. Denn die konstruktiven Veränderungen an den Motoren wirken sich auf die elektrischen Eigenschaften aus. Eine optimierte Blechschnittgeometrie senkt die magnetischen Streuverluste, hochwertigeres Blechmaterial reduziert die Hysterese-Verluste und dickere Wicklungsdrähte im Stator sowie dickere Rotorstäbe und Kurzschlussringe reduzieren den ohmschen Widerstand, wodurch sich der Einschaltstrom erhöht. Dadurch ändern sich auch die Anforderungen an die Schaltgeräte, wie Schütze und Motorschutzschalter, im Zusammenspiel mit IE3-Motoren. Aufgrund der beschriebenen Änderungen am Motor sah sich Eaton mit der Situation konfrontiert, dass die in der heute gültigen Norm für Motorstarter DIN EN 60947-4-1 (VDE 0660-102) angegebenen Werte in der Praxis bei der Verwendung von IE3-Motoren nicht mehr zutreffen. Mögliche Konsequenzen sind etwa ein ungewolltes Abschalten durch den Kurzschlussstromauslöser aufgrund des erhöhten Anlaufstroms oder das Prellen von Schützkontakten wegen höherer Stromkräfte, was zu Kontaktabbrand und damit reduzierter Lebensdauer führt.

Eaton hat umfangreiche Messungen durchgeführt, um auch in Zukunft die gewohnte Zuverlässigkeit von Motorstartern sicherzustellen. So hat das Unternehmen seine DIL-Leistungsschütze für Direktanlauf in öffentlichen und nicht öffentlichen Netzen sowie für Stern-Dreieck-Anlauf und im Zusammenwirken mit Softstartern wie dem DS7 oder Power-XL-Frequenzumrichtern auf IE3-Tauglichkeit überprüft und angepasst. Zudem wurden die Ansprechgrenzen des Kurzschlussauslösers in den Motorschutzschaltern PKZ und PKE entsprechend erhöht. Damit sind die Lösungen von Eaton zum Schalten und Schützen „IE3 ready“ (Bild 4) und werden zukünftig auch entsprechend gekennzeichnet sein. Mit diesen Maßnahmen sowie dem neuen Drehzahlstarter möchte Eaton Maschinen- und Anlagenbauer dabei unterstützen, einfachere, kompaktere und kosteneffizientere Produkte zu realisieren, die zuverlässiger, sicherer und energieeffizienter arbeiten. (ih)

Der Beitrag als pdf

Autor:
Heribert Joachim ist Senior Project Manager Drives bei Eaton in Bonn. heribertjoachim@eaton.com