Start eines Asynchronmotors

Dreiphasen-Induktionsmotoren: Selbststartmechanismus und Startmethoden

Ein dreiphasiger Induktionsmotor ist von Natur aus selbststartfähig. Wenn die Stromversorgung an den Stator eines dreiphasigen Induktionsmotors angeschlossen wird, entsteht ein rotierendes Magnetfeld. Dieses rotierende Magnetfeld wirkt mit dem Rotor zusammen, bewirkt dessen Drehung und startet den Betrieb des Induktionsmotors. Beim Starten beträgt der Motorrutsch 1, und der Startstrom ist erheblich hoch.

Die Rolle eines Starters in einem dreiphasigen Induktionsmotor geht über das bloße Starten hinaus. Er erfüllt zwei wesentliche Funktionen:

1. Strombegrenzung: Er reduziert den erheblichen Startstrom, der, wenn unkontrolliert, zu Schäden an den Motorenwicklungen, Überhitzung elektrischer Komponenten und Spannungsabfall im Versorgungssystem führen könnte.

2. Schutz: Er bietet wichtige Sicherheitsvorkehrungen gegen Überlast, die auftritt, wenn der Motor aufgrund mechanischer Belastung oder ungewöhnlicher Betriebsbedingungen zu viel Strom zieht, sowie bei Unterpannung, bei der ein Spannungsabfall zu ineffizientem Motorenbetrieb oder sogar zum Stillstand führen kann.

Es gibt zwei grundlegende Ansätze, um einen dreiphasigen Induktionsmotor zu starten. Eine Methode besteht darin, den Motor direkt an die volle Versorgungsspannung anzuschließen. Der andere Ansatz beinhaltet die Anwendung einer reduzierten Spannung am Motor beim Start. Es ist wichtig zu beachten, dass das Drehmoment, das ein Induktionsmotor erzeugt, proportional zum Quadrat der angewandten Spannung ist. Folglich erzeugt ein Motor bei voller Spannung deutlich mehr Drehmoment als bei reduzierter Spannung.

Für Käfigrotor-Induktionsmotoren, die in industriellen und kommerziellen Anwendungen weit verbreitet sind, gibt es drei Hauptstartmethoden:

Startmethoden für Induktionsmotoren
Direktaufschaltung (DOL)

Die Direktaufschaltung (DOL) für Induktionsmotoren ist bekannt für ihre Einfachheit und Kosteneffizienz. Bei diesem Verfahren wird der Motor direkt an die volle Versorgungsspannung angeschlossen. Diese einfache Methode wird typischerweise für kleine Motoren mit einer Leistung von bis zu 5 kW eingesetzt. Durch die Verwendung eines DOL-Starters für diese kleineren Motoren können mögliche Schwankungen der Versorgungsspannung minimiert werden, was einen stabilen Betrieb des elektrischen Systems sicherstellt.

Stern-Delta-Starter

Der Stern-Delta-Starter ist eine der gängigsten und am weitesten verbreiteten Methoden zur Inbetriebnahme von dreiphasigen Induktionsmotoren. Im normalen Betrieb sind die Statorwicklungen des Motors in einer Delta-Schaltung konfiguriert. Während der Startphase sind die Wicklungen jedoch zunächst in einer Stern-Schaltung verbunden. Diese Stern-Schaltung reduziert die an jede Wicklung angelegte Spannung und begrenzt somit den Startstrom. Sobald der Motor eine ausreichende Geschwindigkeit erreicht hat, werden die Wicklungen dann in die Delta-Schaltung umgeschaltet, wodurch der Motor mit seiner vollen Nennleistung betrieben werden kann.

Autotransformator-Starter

Autotransformatoren können in Stern- oder Delta-Schaltungen verwendet werden. Ihre primäre Funktion bei der Inbetriebnahme von Induktionsmotoren besteht darin, den Startstrom zu begrenzen. Durch die Anpassung des Umschlingungsverhältnisses des Autotransformators kann die an den Motor während des Starts angelegte Spannung reduziert werden. Diese kontrollierte Reduzierung der Spannung hilft, den hohen Einschubstrom, der beim ersten Energieaufbau des Motors auftritt, zu mildern und sowohl den Motor als auch das elektrische Versorgungssystem zu schützen.

Die Direktaufschaltung, der Stern-Delta- und der Autotransformator-Starter sind speziell für Käfigrotor-Induktionsmotoren entwickelt, die aufgrund ihrer robusten Bauart und ihres zuverlässigen Betriebs in einer Vielzahl von industriellen und kommerziellen Anwendungen weit verbreitet sind.

Schleifring-Induktionsmotor Startmethode

Für Schleifring-Induktionsmotoren beinhaltet der Startvorgang die Anschluss der vollen Versorgungsspannung an den Starter. Die einzigartige Konstruktion von Schleifringmotoren mit ihren externen Rotorkreisen ermöglicht zusätzliche Kontrolle während des Starts. Das Verbindungsschema eines Schleifring-Induktionsmotorstarters bietet eine visuelle Darstellung, wie die verschiedenen Komponenten interagieren, um den Startvorgang zu erleichtern und ein besseres Verständnis seiner Funktionsweise und Steuermechanismen zu ermöglichen.

Beim Starten eines Schleifring-Induktionsmotors wird zunächst der gesamte Startwiderstand in den Rotorkreis geschaltet. Dies reduziert effektiv den von dem Stator gezogenen Versorgungsstrom, wodurch der Einschubstrom, der andernfalls das elektrische System und den Motor belasten könnte, minimiert wird. Als die elektrische Versorgung den Motor energisiert, beginnt der Rotor sich zu drehen.

Während der Motor beschleunigt, werden die Rotorwiderstände in Stufen systematisch reduziert. Diese schrittweise Abschaltung der Widerstände wird sorgfältig mit der Erhöhung der Drehzahl des Motors abgestimmt. Auf diese Weise kann der Motor seine Geschwindigkeit flüssig aufbauen, während er optimale Drehmomentcharakteristiken aufrechterhält.

Sobald der Motor seine vorgegebene Vollastdrehzahl erreicht hat, werden alle Startwiderstände vollständig aus dem Kreis entfernt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Schleifringe kurzgeschlossen. Dieses Kurzschließen ermöglicht es dem Motor, mit maximaler Effizienz zu arbeiten, da der zusätzliche Widerstand, der nur während der Startphase notwendig war, eliminiert wird, sodass der Motor seine vollen Nennleistungsmerkmale erbringen kann.