Da Synchronmotoren unter jeder Belastung eine konstante Drehzahl halten können, werden sie häufig in der Industrie eingesetzt. Das Starten von Synchronmotoren ist jedoch eine Herausforderung, da sie erst auf Synchrondrehzahl gebracht werden müssen, bevor sie sich an das Netz koppeln können. Dies liegt daran, dass Synchronmotoren im Gegensatz zu Induktionsmotoren nicht von selbst mit Synchrondrehzahl starten. Um diese Motoren sicher und effizient zu starten, kommen verschiedene Methoden zum Einsatz.

Dieser Artikel untersucht die vier wichtigsten Methoden zum Starten von Synchronmotoren und erklärt, wie jede Methode funktioniert, welche Vorteile sie bietet und wo sie am häufigsten eingesetzt wird. Zu den Methoden gehören:

• Direktstarter (DOL)
• Spartransformatorstarter
• Stern-Dreieck-Starter
• Schleifringläuferstarter

Lassen Sie uns nun jede Strategie im Detail untersuchen.

Direkt-Online-Start (DOL)

Funktionsweise:

Die einfachste und am weitesten verbreitete Technik zum Starten eines Synchronmotors ist das Direktstartverfahren (DOL). Dabei wird der Motor nach Drücken des Startknopfes sofort an die Versorgungsspannung angeschlossen.

Der Rotor des Motors steht zunächst still. Sobald Strom durch den Stator fließt, erfährt der Rotor ein Drehmoment, das ihn auf Synchrondrehzahl beschleunigt. Sobald der Rotor die Synchrondrehzahl erreicht, kann der Motor an das Netz angeschlossen werden und seine volle Leistung abrufen.

Vorteile

• Einfachheit: Die DOL-Methode ist leicht zu implementieren und erfordert nur wenige elektrische Komponenten.
• Kostengünstig: Da keine zusätzliche Ausrüstung benötigt wird, ist diese Methode kostengünstig.
• Schnellstart: Der Motor erreicht nach dem Anschließen fast sofort die Synchrondrehzahl.

Nachteile

• Hoher Einschaltstrom: Beim Starten tritt ein hoher Einschaltstrom auf, der das Stromnetz und den Motor belasten kann.
• Eingeschränkte Anwendung: Der Direktstart eignet sich am besten für kleine Synchronmotoren mit geringer Nennleistung (typischerweise unter 5 PS).

Anwendung

Diese Methode wird häufig bei kleinen Synchronmotoren in Anwendungen mit relativ geringem Motorleistungsbedarf eingesetzt, wie z. B. bei kleinen Pumpen und Kompressoren.

Autotransformatorstart

Funktionsweise

Der Spartransformator senkt die beim Anlauf am Motor anliegende Spannung mithilfe eines Spartransformators. Dadurch wird der Anlaufstrom des Motors verringert und eine geregelte Beschleunigung erreicht.

Der Transformator wird typischerweise so angeschlossen, dass beim Anlauf nur ein Teil der vollen Versorgungsspannung am Motor anliegt. Sobald der Motor nahezu die Synchrondrehzahl erreicht hat, wird der Spartransformator abgetrennt und der Motor direkt an die volle Versorgungsspannung angeschlossen.

Vorteile

• Reduzierter Anlaufstrom: Die Spartransformator-Methode reduziert den Anlaufstrom auf einen Bruchteil des Normalstroms und hilft so, Schäden an elektrischen Systemen und anderen Geräten zu vermeiden.

   

• Sanfte Beschleunigung: Der Motor beschleunigt sanft auf Synchrondrehzahl, ohne die starken Drehmomentspitzen, die beim Direktstart auftreten.

   

• Höhere Leistungskapazität: Diese Methode eignet sich für größere Motoren, die eine höhere Nennleistung benötigen.

Nachteile

• Kosten: Der Spartransformator ist ein zusätzliches Gerät, das die Kosten erhöht.
• Größenbeschränkung: Das Anlaufdrehmoment des Motors wird bei dieser Methode reduziert, was für Motoren, die ein hohes Anlaufdrehmoment benötigen, möglicherweise nicht ideal ist.

Anwendung

Diese Methode wird häufig für mittlere bis große Synchronmotoren eingesetzt, typischerweise in industriellen Umgebungen wie Förderbändern, Mühlen und großen Pumpen, wo der Leistungsbedarf höher ist und der Einschaltstrom begrenzt werden muss.

Stern-Dreieck-Start

Funktionsweise

Beim Stern-Dreieck-Verfahren wird die Statorwicklung des Motors zunächst in Sternschaltung geschaltet, um die Spannung zu reduzieren. Sobald der Motor eine bestimmte Drehzahl erreicht, werden die Statorwicklungen in Dreieckschaltung umgeschaltet. Durch die Umschaltung von Stern auf Dreieck kann der Motor seine maximale Leistung erreichen, wenn die Spannung erhöht wird.

Der Motor startet zunächst in Sternschaltung, wobei die Phasenspannung um den Faktor √3 reduziert wird, was wiederum den Anlaufstrom reduziert. Nach der Umschaltung der Wicklungen in Dreieckschaltung bei einer bestimmten Drehzahl läuft der Motor mit voller Spannung und Stromstärke.

Vorteile

• Reduzierter Anlaufstrom: Wie die Spartransformator-Methode trägt auch die Stern-Dreieck-Methode dazu bei, den Einschaltstrom zu reduzieren, indem beim Anlaufen eine geringere Spannung angelegt wird.
• Einfachheit: Im Vergleich zu einem Spartransformator ist die Implementierung einfacher und kostengünstiger, da nur ein Umschalter und zusätzliche Verkabelung erforderlich sind.
• Weit verbreitet: Diese Methode wird in der Industrie häufig für Hochleistungsmotoren eingesetzt.

Nachteile

• Reduziertes Anlaufdrehmoment: Das Anlaufdrehmoment in der Sternschaltung ist geringer als in der Dreieckschaltung, was für Anwendungen, die ein hohes Anlaufdrehmoment erfordern, möglicherweise nicht ideal ist.
• Umschaltkomplexität: Das Umschalten von Stern auf Dreieck im richtigen Moment erfordert eine präzise Steuerung. Erfolgt die Umschaltung zu früh oder zu spät, kann dies zu einem ineffizienten Betrieb führen.

Anwendung

Das Stern-Dreieck-Verfahren wird häufig bei großen Motoren eingesetzt, insbesondere in Industriezweigen wie Zementwerken, der Wasseraufbereitung und anderen Schwermaschinen. Dort kann der Motor sehr groß sein und die Stromreduzierung beim Anlauf ist entscheidend.

Schleifringläuferstart

Funktionsweise

Bei der Wicklungsrotor-Methode wird anstelle des herkömmlichen Käfigläufers ein Rotor mit einer dreiphasigen Wicklung verwendet. Beim Anlauf ist der Widerstand im Rotorkreis hoch, was den Anlaufstrom reduziert. Die Rotordrehzahl steigt allmählich an, da die externen Widerstände schrittweise kurzgeschlossen werden, sodass der Motor schließlich die Synchrondrehzahl erreicht.

Sobald der Motor die Synchrondrehzahl erreicht, wird der Rotorkreis vollständig kurzgeschlossen, und der Motor läuft mit voller Spannung und Stromstärke weiter. Diese Methode eignet sich ideal für Anwendungen mit hohem Drehmomentbedarf, da sie eine hervorragende Kontrolle über Anlaufstrom und -drehmoment bietet.

Vorteile

• Variables Anlaufdrehmoment: Das Anlaufdrehmoment kann dank externer Widerstände verändert werden, was bei Anwendungen mit hohen Lasten von Vorteil ist.
• Sanfter Start: Diese Methode gewährleistet eine sanfte Beschleunigung ohne hohen Einschaltstrom.
• Hohe Anlaufleistung: Diese Methode eignet sich zum Starten großer Synchronmotoren mit hohem Drehmomentbedarf.

Nachteile

• Komplexität und Kosten: Der Einsatz von Schleifringen und externen Widerständen erhöht die Kosten und Komplexität des Systems.
• Wartung: Die ordnungsgemäße Wartung der Bürsten und Schleifringe ist für eine optimale Leistung unerlässlich.

Anwendung

Diese Methode wird typischerweise für Hochleistungs-Synchronmotoren in Branchen wie der Stahlherstellung, Brechern und Mühlen eingesetzt, in denen ein hohes Anlaufdrehmoment erforderlich ist.

Methodenvergleich

Die folgende Vergleichstabelle fasst die wichtigsten Aspekte der einzelnen Anlaufmethoden zusammen:

Methode	Anlaufstrom	Anlaufdrehmoment	Kosten	Eignung	Wartung
Direktstart (DOL)	Hoch	Hoch	Niedrig	Kleine Motoren (bis 5 PS)	Niedrig
Autotransformator	Reduziert	Mittel	Mittel	Mittlere bis große Motoren (5 PS bis 500 PS)	Niedrig
Stern-Dreieck	Reduziert	Niedrig	Niedrig	Große Motoren in der allgemeinen Industrie	Mittel
Schleifringläufer	Niedrig	Einstellbar	Hoch	Schwerlastmotoren (500 PS und mehr)	Hoch

 

Fazit

Wie Synchronmotorhersteller wissen, hängt die Art des Anlaufs eines Synchronmotors maßgeblich von dessen Größe, Leistungsbedarf und den betrieblichen Anforderungen der Anwendung ab. Kleinere Motoren mit geringerer Leistung nutzen typischerweise den Direktanlauf (DOL), während größere, leistungshungrigere Motoren von Verfahren wie Spartransformator-, Stern-Dreieck- oder Wicklungsrotor-Start profitieren. Jedes Verfahren bietet einzigartige Vorteile bei der Steuerung des Anlaufstroms und der Bereitstellung des erforderlichen Drehmoments, damit der Motor die Synchrondrehzahl erreicht.

In der Praxis gewährleistet die Wahl des geeigneten Anlaufverfahrens den Schutz des Motors bei gleichzeitiger Optimierung von Energieverbrauch und Leistung.