Direkt- & Wendestarter Elektronischer Motorstarter mit alerter Fehlererkennung

Autor / Redakteur: Philipp Steinberger * / Gerd Kucera

Schnelle SiC-Power-MOSFETs ermöglichten die Entwicklung dieses eigensicheren Wendestarters mit integrierter Motorschutz-Elektronik. Im Fehlerfall schaltet sie den Antrieb binnen 10 µs ab.

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Bild 1: Motus C14 ist ein vollelektronischer sicherungsloser Motorstarter mit Warnungs- und Störungsmeldung über eine Gerätebeleuchtung.
Bild 1: Motus C14 ist ein vollelektronischer sicherungsloser Motorstarter mit Warnungs- und Störungsmeldung über eine Gerätebeleuchtung.
(Bild: Wöhner)

Elektromotoren sind für einen spezifizierten Bemessungsbetrieb ausgelegt. Die Antriebe müssen dazu im zulässigen Temperaturbereich bleiben und kurzzeitige Überlastungen dürfen sich nicht gefährdend auswirken. Das sicherzustellen ist unter anderem die Aufgabe der Überwachungseinrichtung des Motus C14. Er muss einerseits den wirtschaftlichen Betrieb des Motors bei voller Nutzung der Kennwerte ermöglichen und anderseits ausreichend schnell auf Überlastungen reagieren, um Schaden zu vermeiden. Bedingt durch typische Isolierstoffklassen für die Wicklung und spezieller Auslegung der Elektromotoren für besondere Anwendungen sind jeweils maximale Dauertemperaturen definiert und klare Anforderungen an die Schutzeinrichtung gegeben. Normen und Vorschriften regeln dies, damit der Antrieb störungsfrei und rund läuft.

Störungen im Dauerbetrieb des elektrischen Antriebs sind jederzeit möglich, etwa durch Kurzschluss im Motor oder seiner Zuleitung, durch einen Aderbruch in der Zuleitung, durch Unterspannung der Energieversorgung, durch asymmetrische Belastung, durch zu hoher Umgebungstemperatur oder durch Übertemperatur in der Antriebselek-tronik und nicht zuletzt durch mechanischen Verschleiß.

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Für IE2-, IE3- und IE4-Motoren als Direkt- und Wendestarter

Industrielle Automatisierungs- und Steuerungstechnik gehören zur Kernkompetenz der Wöhner Elektrotechnische Systeme, mit besonderem Fokus auf die elektrischen Antriebe. Jüngste Entwicklung hierfür ist der elektronische Motorstarter Motus C14. Von diesem Gerät gibt es zwei Varianten als Motus C14 Connect und als Motus C14 Connect Plus. Die Premium-Variante Plus ist für einen Motor-Bemessungsbetriebsstrom von 2,6 A (1,1 kW), 6,6 A (3,0 kW) und 12,0 A (5,5 kW) ausgelegt und kann für IE2-, IE3- und IE4-Motoren als Direkt- und Wendestarter oder zum Schalten einpoliger oder dreipoliger ohmscher Lasten eingesetzt werden. Über das eingebaute Display und die Pfeiltasten ist ein Parametrieren direkt am Gerät möglich. Warnmeldungen oder Geräteabschaltungen werden durch eine farbliche Signalisierung im Gehäuse oder Taster sowie einer Meldung auf dem Display entsprechend angezeigt. Über die Kommunikationsschnittstelle ist der Motus C14 mit einer SPS vernetzbar, etwa um Messdaten oder Warnmeldungen weiterzugeben. Die Kurzschlussfestigkeit des Motus C14 ist mit 100 kA in Zuordnungsklasse 2 gegeben.

Die Produktserie Motus C14 ist Teil einer Systemfamilie und besitzt als Systemkomponente die CrossLink-Schnittstelle zur Integration in alle Basissysteme von Wöhner. Via CrossBoard, dem Basissystem bis 125 A, ist Motus C14 direkt kontaktierbar und damit auch in den weiteren Systemen 30Compact, 60Classic, 185Power und Panel nutzbar. Als Schaltschrank-Konfigurator gibt es ein 3D-Planungstool mit realitätsgetreuer Optik. Es erlaubt mittels Augmented Reality die Darstellung eines virtuellen Schaltschranks im realen Raum.

Schützt den Motor elektronisch ohne Schmelzsicherung

Seit über 90 Jahren sorgt Wöhner weltweit für die sichere und effiziente Verteilung und Nutzung von elektrischer Energie. Entwickelt und gefertigt werden am Standort Deutschland unter anderem Energieverteilsysteme mit sicherungsbehafteter und sicherungsloser Technik. Stark verknüpft ist diese Disziplin dabei mit dem Thema Sammelschienen-Systemtechnik. Den Unternehmensbereich Elektronik bauen wir aktuell weiter aus. Etabliert sind elektronische Produkte wie das Netzteil Broome10, der Hybrid-Schalter Omus oder der 2012 entwickelte Hybridmotorstarter Motus. Der jüngst vorgestellte Motorstarter Motus C14 ist jedoch von einem anderen Kaliber. Ausgangspunkt war die weltweite Nachfrage nach einem Motorstarter mit sicherungslosem, wiedereinschaltbarem Kurzschlussschutz als Ergänzung oder Alternative zu den bewährten sicherungsbehafteten Lösungen. Diese neue Produktfamilie ist eine komplette Eigenentwicklung und der endgültige Startschuss dafür, dass wir elektronische Komponenten in den Markt bringen und darüber hinaus unsere elektromechanischen Produkte auch mit Elektronik anreichern.

Im Maschinen- und Anlagenbau sind die Themen Platz, Sicherheit, einfache Bedienung und Kommunikation in Industrie-4.0-Anwendungen aufgrund der hohen Komplexität von zentraler Bedeutung. Die intelligente Automation von Industrie-4.0-Applikationen verlangt nach integrierter Kommunikations- und Messtechnik, aber auch nach einem sicherungslosen und wiedereinschaltbaren Motorschutz wie dem Motus C14. Dessen Realisierung scheiterte bislang an der unzureichenden Leistungsfähigkeit von SiC-MOSFETs als Schlüsselbauteile. Inzwischen besitzen diese SiC-Halbleiter die benötigte Performance, sodass die Ausentwicklung des Motus-C14-Konzepts in gerade einmal eineinhalb Jahren gelang.

Kein unsicherer Zustand im Fehlerfall

Damit wurde aus der sehr anspruchsvollen Entwicklung kein einfacher Motorstarter, sondern einer mit besonderem Zusatznutzen für die Anwendung. Eine wesentliche Eigenschaft ist die sehr kurze Abschaltzeit im Kurzschlussfall. Das System erkennt den Fehlerfall und reagiert bis zu tausendmal schneller als eine herkömmliche Sicherung. Das bedeutet: Tritt ein Fehler auf, schaltet die Elektronik den Motor innerhalb von maximal 10 µs ab. Damit reagiert der Motus C14 schneller als jede Sicherung, und dies bei einem niedrigen I²t-Wert. Dieser I2t-Wert bestimmt die nötige Energiemenge, die bei einem Schmelzleiter zur Unterbrechung führt. Zum Vergleich: Die Reaktionszeit einer herkömmlichen Schmelzsicherung liegt je nach Typ bei 2.000 µs. Bei einem Leistungsschalter beträgt die Abschaltzeit im Störungsfall sogar 5.000 µs.

Eine zweite wesentliche Eigenschaft der C14-Technik ist die Geräteeigensicherheit. Das bedeutet, dass systembedingt im Fehlerfall kein unsicherer Zustand auftritt. Nach der Fehlerbehebung ist die Funktionsbereitschaft sofort wieder gegeben, weil es aufgrund des extrem schnell detektierten Kurzschlusses nicht überlastet. Dadurch ist ein vielfaches Wiedereinschalten der Antriebsapplikation möglich.

Die Produktserie ist mit einer Crosslink-Schnittstelle ausgerüstet und somit in allen Wöhner-Basissystemen einsetzbar. Sie ist auf dem Crossboard direkt kontaktierbar und mittels Basissystem-Adapter auch in den weiteren Systemen wie 30 Compact, 60 Classic, 185 Power und Panel.

Optische Signale geben Hinweise auf den Fehler

Clever ist auch der Inbetriebnahme-Assistent mit interaktiver Menüführung, der die Fehlbedienung verhindert. Entsprechend komfortabel ist die Eingabe mit Hilfe von Pfeiltasten bei der Variante Motus C14 Connect Plus mit OLED-Display. Alternativ dazu können die Parameter auch über die Bedienoberfläche des Service Tools oder über die Kommunikationsschnittstelle IO-Link eingeben werden. Weitere wesentliche Merkmale des Motus C14 sind: einstellbare Motorkennlinien, ein interaktives und LED-geführtes Wartungs- und Störungs-Management, umfassende Diagnose- und Data-Logging-Funktionen sowie Auslesbarkeit der Daten via USB- oder IO-Link-Schnittstelle. Tritt ein Fehler auf, zeigt ein so genannter Lösungsassistent auf dem Display mögliche Fehlerursachen auf und verkürzt dadurch die Stillstandzeit. Das Auslesen der Daten ermöglicht außerdem Predictive-Maintenance-Anwendungen.

Resümee: Das Motorstarter Motus C14 bietet mit der skizzierten Funktionalität vielseitige Anwendungsmöglichkeiten. Das Gerät lässt sich als Direkt- und Softstarter für IE2-, IE3- und IE4-Motoren einsetzen, etwa für Lüfter, Rollenbahnen und Pumpen sowie als Wende- und Softstarter für Motoren an Schiebern, Förderanlagen und Maschinen.

* Philipp Steinberger ... ist CEO bei Wöhner Elektrotechnische Systeme, Rödental.

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