Stern-Dreieck-Anlaufschaltung

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Eine Stern-Dreieck-Anlaufschaltung (kurz YΔ-Schaltung) dient dazu, größere Drehstrommotoren mit Kurzschlussläufer mit reduzierter Leistungsaufnahme anlaufen zu lassen. Dies vermeidet das Auslösen von Überstromschutzeinrichtungen aufgrund des sonst hohen Anlaufstroms bei direktem Anlauf in Dreieckschaltung.

Bei dem Anlassverfahren wird der Drehstrommotor zum Anlaufen zunächst in Sternschaltung geschaltet, nachfolgend wird der Motor in Dreieckschaltung geschaltet. Die Leistungsaufnahme des Motors beträgt beim Anlaufen in Sternschaltung 1/3 der Leistung in Dreieckschaltung.

Ausführung[Bearbeiten]

In der Praxis wird die Stern-Dreieck-Anlaufschaltung mit einer Schützschaltung ausgeführt, die das Umschalten der Ständerwicklung (auch Statorwicklung genannt) zwischen den Außenleitern und dem Sternpunkt ermöglicht sowie diese beiden Schaltzustände im Betrieb gegeneinander verriegelt. Mit zusätzlichen Steuerrelais ist eine automatische Umschaltung möglich. Anstelle der Schützschaltung können auch handbetätigte spezielle Stern-Dreieck-Schalter Verwendung finden.

Anwendungsbedingungen[Bearbeiten]

Stern-Dreieck-Anlaufschaltung mit Schützkontakten, vereinfachte Darstellung ohne Steuer- und Sicherungseinrichtungen
  • Das Umschalten von Sternschaltung auf Dreieckschaltung darf erst nach dem Hochlauf des Motors erfolgen. Bei zu früher Umschaltung entsteht ein starker Stromstoß und der Zweck der Umschaltung wird nicht erreicht.
  • Wegen der Verringerung des Anzugsmoments auf ein Drittel kann die Stern-Dreieck-Umschaltung nur bei leichten Anlaufbedingungen, beispielsweise beim Anlaufen von leerlaufenden Werkzeugmaschinen, erfolgen. Sie wird von den Energieversorgungsunternehmen bis 11 kW (zum Teil auch höher) allgemein zugelassen.
  • Die Stern-Dreieck-Anlaufschaltung kann nur bei Drehstrommotoren angewendet werden, deren Wicklungsanschlüsse nicht intern verbunden, sondern einzeln nach außen geführt sind.
  • Die Stern-Dreieck-Anlaufschaltung kann nur bei Motoren angewendet werden, die bei der verfügbaren Spannung eine Dreieckschaltung zulassen. Jede der Motorwicklungen muss dazu der Spannung zwischen zwei Außenleitern standhalten können, die in Europa üblicherweise 400 V beträgt. Die entsprechende Bezeichnung auf dem Typenschild von Motoren, die sich am üblichen Netz für die Stern-Dreieck-Anlaufschaltung eignen ist „400/690 V“, „Δ400/Y690 V“ oder „400/400 V“.

In der ersten Stufe wird der Motor vom Schalter in Stern geschaltet. Hierdurch ist die Wicklung für die Spannung 690 V geschaltet, es liegen am Motor aber nur 400 V an. Hierdurch wird der Anlaufstrom in Grenzen gehalten. Nach dem Anlauf wird der Motor dann in der zweiten Stufe in Dreieck geschaltet. Hiermit wird der Motor für 400 V geschaltet, die dann am Motor auch anliegen. Nun darf der Motor mit seinem vollen Moment belastet werden.[1]

Umschaltstromspitze[Bearbeiten]

Stromverlauf des Einschaltvorgangs

Die Stern-Dreieck-Anlaufschaltung (englisch Star-Delta, YΔ, AC motor/Wye-Delta) wird eingesetzt um den Anlaufstrom eines Asynchronmotors in Dreieckschaltung zu begrenzen. Dabei wird der Motor in der Sternschaltung auf Drehzahl gebracht. Beim Umschalten wird dann theoretisch nur noch der Dreieckstrom benötigt, der der aktuellen Drehzahl entspricht. Somit wird der Einschaltstrom auf 1/3 gegenüber dem Strom bei Dreieck-Direkteinschaltung reduziert. Jedoch kann beim Umschalten von Stern auf Dreieck die Netzphasen und Motorfeld in Opposition zueinander stehen. Dies führt zu Ausgleichsvorgängen, was zu einer sehr hohen Umschaltstromspitze führen kann.

Spannungsvektoren[Bearbeiten]

Die Umschaltstromspitze ist abhängig von der Lage des neuen Ankerfeldes (L1, L2, L3) zum neu aufzubauenden (L1’, L2’, L3’) und zur Spannung des zusammenbrechenden Läuferfeldes (L1’–N). Bei ungünstiger Verschaltung können Stromspitzen entstehen, die über dem Anlaufstrom bei Dreieck-Direkteinschaltung liegen.[2] [3] [4] Die Folge ist das Ansprechen der korrekt ausgewählten Kurzschließeinrichtungen. Weitere Folgen sind das Verschweißen bzw. Kontaktabbrand an den Kontakten des Dreieckschützes und hohe dynamische Belastungen des Motors.

Je nach der äußeren Beschaltung der Außenleiter zu den Wicklungen kann die Umschaltstromspitze bis zum Zweifachen des Stromes bei Direkteinschaltung auf Dreieck betragen. Dieser Umschaltstrom wird vermindert, wenn die Vorzugsschaltung für Stern-Dreieck-Starter verwendet wird. Bei ungünstiger Wahl der Außenleiter zu den Motorwicklungen ergibt sich folgendes Zeigerdiagramm. Es wird deutlich, dass ΔU wesentlich größer ist.

Die Lage der Spannungsvektoren ist auch von der Dauer der Umschaltpause abhängig und somit ebenso die Höhe der Umschaltstromspitze. Eine Umschaltpause ist jedoch notwendig um den ungelöschten Lichtbogen (Ausschaltfunken) des Y-Schützes zusammenbrechen zu lassen, bis das D-Schütz zuschaltet. Als Umschaltzeit werden mindestens 50 ms empfohlen.[5] [6] Ein pausenfreies Umschalten ist mit einer speziellen Anlaufelektronik oder einem zusätzlichen Schütz und Transitionswiderständen möglich.[7]

Verbindung des Außenleiters zu den Motorwicklungen[Bearbeiten]

Günstige und ungünstige Schaltungen für Rechts- und Linkslauf

Eine Auswahl von möglichen Beschaltungen ist in nebenstehender Abbildung, obere Reihe, Mitte die Vorzugsschaltung für den Rechtslauf. Die Gedankenstütze für die Verdrahtung bei Rechtslauf, mit dem Sternschütz einfach die Sternbrücken am Motorklemmbrett nachzubilden, führt zur „ungünstigen“ Verdrahtungsvariante (obere Reihe, rechts).

Bei einer Umverdrahtung von Rechts nach Linkslauf ist es nicht ausreichend, zwei beliebige Phasen zu tauschen. Es würde die „ungünstige“ Verdrahtungsvariante für Linkslauf entstehen. Für den Linkslauf kann die Gedankenstütze „Sternschütz ersetzt Sternbrücken“ (untere Reihe, rechts) verwendet werden.

Schaltung des Laststromkreises[Bearbeiten]

Bei Verwendung der günstigen Verschaltung ergeben sich die folgenden Hauptstromkreise.

Zur Übersichtlichkeit wurde ein Hauptstromkreis mit 5 Schützen gewählt. Es sind auch andere Schaltungen mit weniger Schützen möglich.[8] [9]

Schaltplan eines Stern-Dreieck-Schalters (DDR)[Bearbeiten]

Bei vielen DDR-Produkten ist die Belegung des Schalters folgendermaßen:

R→1 U→2 Z→4
S→5 V→6 X→8
T→9 W→10 Y→12

Weblinks[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Stern-Dreieck-Anlauf von Drehstrommotoren (abgerufen am 25. November 2011)
  2. Fachzeitschrift Elektrotechnik. (CH) 2/1978, Seite 53.
  3. L. Vercelli: Rechts und Linkslauf der Motoren bei YD-Anlauf. Fa. Sprecher & Schuh AG, CH-5000 Aarau
  4. Siemens: Funktionsbeispiel Nr. CD_FE_III_001_DE.pdf, Stern-Dreieck-Schalten von Drehstrommotoren – Verringern der Umschaltstromspitze
  5. Moeller: Datenblatt DIL-Leistungsschütze
  6. Siemens: Schalten, Schützen, Verteilen in Niederspannungsnetzen. 4. Auflage, Seite 572
  7. Siemens: Schalten, Schützen, Verteilen in Niederspannungsnetzen, 4. Auflage, Seite 574, Bild 9.3/3
  8. Moeller: EATON-(Moeller)-Schaltungsbuch 2011. Seite 8–47
  9. Siemens: Schalten, Schützen, Verteilen in Niederspannungsnetzen. 4. Auflage, Seite 571