Wenn Sie schon einmal Motorsteuerungsgeräte spezifiziert haben, sind Sie sicher schon einmal auf Sanftanlasser gestoßen. Aber wie genau funktionieren sie – und warum sind sie für eine Vielzahl industrieller Anwendungen besser geeignet als die Alternativen? Dieser Leitfaden erläutert das Funktionsprinzip, die beteiligten Komponenten und was tatsächlich im Inneren eines Sanftanlaufgeräts geschieht – vom Drücken der Starttaste bis zum Erreichen der vollen Drehzahl des Motors.
Um zu verstehen, warum es Sanftanlasser gibt, sollte man sich zunächst das Problem vor Augen führen, das sie lösen.
Wenn ein dreiphasiger Wechselstrom-Asynchronmotor beim Direktstart (DOL) direkt an das Netz angeschlossen wird, zieht er in den ersten Sekunden der Beschleunigung einen Einschaltstrom von 600–800 % seines Volllaststroms (FLA). Bei einem 90-kW-Motor mit einem FLA von 160 A bedeutet dies, dass bis zu 8 Sekunden lang ein Einschaltstrom von 960–1.280 A durch Ihre Kabel, Schaltanlagen und den Transformator fließt. Gleichzeitig wirkt auf die Motorwelle ein momentanes Drehmoment ein – ein mechanischer Stoß, der über die Kupplung auf die angetriebene Last übertragen wird.
Die Folgen:
Ein Sanftanlasser löst diese Probleme mithilfe von Thyristoren, genauer gesagt von siliziumgesteuerten Gleichrichtern (SCRs). Ein typischer dreiphasiger Sanftanlasser enthält drei SCR-Paare – ein Paar pro Phase –, die antiparallel geschaltet sind (ein SCR übernimmt die positive Halbwelle, der andere die negative). Dies ermöglicht eine vollständige bidirektionale Steuerung der Spannung jeder Phase.
Die wesentliche Eigenschaft eines SCR besteht darin, dass er nur während des Teils des Wechselstromzyklus Strom leitet, nachdem er durch einen Gate-Impuls gezündet wurde. Durch die Anpassung des Zeitpunkts dieses Gate-Impulses, des „Zündwinkels“ (α), steuert der Sanftanlasser, wie viel von jedem Halbzyklus an den Motor abgegeben wird.
Schritt 1: Anfangsspannung (Pedestal)
Zum Zeitpunkt des Starts wird der Zündwinkel auf einen hohen Wert eingestellt (spät im Halbzyklus), wodurch nur ein kleiner Teil der Versorgungsspannung an den Motor abgegeben wird. Diese Anfangsspannung wird als „Spannungssockel“ oder „Anlaufspannung“ bezeichnet und liegt typischerweise zwischen 20 und 40 % der vollen Versorgungsspannung. Bei diesem Wert beginnt der Motor, Drehmoment zu entwickeln, doch der Strom wird auf ein benutzerdefiniertes Maximum begrenzt (typischerweise 2–4× FLA statt 6–8× FLA wie beim Direktstart).
Schritt 2: Spannungsrampe
Während der programmierten Rampenzeit (typischerweise 5–30 Sekunden) wird der Zündwinkel schrittweise verringert, was bedeutet, dass die Thyristoren über einen immer größeren Teil jedes Halbzyklus leitend sind. Die an den Motor abgegebene Effektivspannung steigt gleichmäßig vom anfänglichen Sockelwert auf die volle Versorgungsspannung an. Mit steigender Spannung nimmt das verfügbare Drehmoment zu, und der Motor beschleunigt die Last sanft, ohne den mechanischen Ruck eines Direktstarts (DOL) oder eines Stern-Dreieck-Starts.
Schritt 3: Bypass und Betrieb bei voller Drehzahl
Wenn der Motor die volle Drehzahl erreicht (erkennbar daran, dass der Strom auf das Niveau des Betriebsstroms abfällt), aktiviert der Sanftanlasser seinen Bypass. Bei den meisten modernen Sanftanlassern handelt es sich dabei um ein internes Bypass-Schütz, das schließt, um einen direkten Strompfad um die SCRs herum herzustellen, die daraufhin vollständig aufhören zu zünden. Bei einigen Ausführungen kommt ein physikalisches Bypass-Schütz zum Einsatz, das den Motor direkt an die Versorgungsspannung anschließt und die Thyristoren vollständig aus dem Strompfad entfernt.
In beiden Fällen ist das Ergebnis dasselbe: Der Motor läuft bei voller Spannung und Frequenz, ohne dass im stationären Betrieb Verluste durch die Thyristoren entstehen. Der Stromverbrauch des Sanftanlaufgeräts während des Betriebs ist vernachlässigbar.
Schritt 4: Sanftes Anhalten
Wenn der Stoppbefehl erteilt wird, kehrt der Sanftanlasser den Vorgang um. Der Bypass wird geöffnet, die Thyristoren übernehmen wieder die Steuerung, und der Zündwinkel wird schrittweise erhöht, wodurch die an den Motor gelieferte Spannung über die programmierte Verzögerungsrampenzeit hinweg reduziert wird. Der Motor bremst sanft ab, der Pumpendurchfluss nimmt allmählich ab, und das Rückschlagventil schließt bei einem Durchfluss nahe Null – wodurch Wasserschläge vollständig vermieden werden.
Moderne Sanftanlasser bieten zwei Steuerungsmodi für den Anlauf:
Ein Sanftanlasser regelt die Spannung, nicht die Frequenz. Da die Ausgangsfrequenz immer der Netzfrequenz (50 Hz oder 60 Hz) entspricht, kann der Motor nur mit seiner Nenn-Synchrondrehzahl laufen und unter normalen Betriebsbedingungen nicht mit reduzierter Drehzahl betrieben werden. Wenn Ihre Anwendung eine variable Drehzahl erfordert, benötigen Sie einen Frequenzumrichter (VFD). Für Anwendungen mit fester Drehzahl ist ein Sanftanlasser die kostengünstigere und zuverlässigere Lösung.
Über das Starten und Stoppen hinaus verfügen moderne Sanftanlasser über eine umfassende Palette an Motorschutzfunktionen, die den Einsatz eines separaten Schutzrelais überflüssig machen:
Durch diese Integration wird der Sanftanlasser zu einer umfassenden Motormanagementlösung und ist nicht mehr nur ein reines Sanftanlaufgerät. Dadurch entfällt ein separates Schutzrelais, und der Aufbau des gesamten Schaltschranks wird vereinfacht.
Der grundlegende Auslegungsparameter für einen Sanftanlasser ist der Volllaststrom (FLA) des Motors, nicht seine Nennleistung in kW. Wählen Sie einen Sanftanlasser mit einem Nennstrom, der dem FLA des Motors entspricht oder darüber liegt. Für Hochleistungsanwendungen mit langen Beschleunigungszeiten (Brecher, Mühlen, beladene Förderbänder) sollten Sie die nächstgrößere Baugröße wählen, um thermischen Spielraum zu gewährleisten.
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