Zur Ansteuerung von Motoren in Anwendungen, bei der die Drehzahl fest und die Lasten variabel sind, stellen Motorstarter die effizienteste Lösung dar. Dabei deckt der Begriff Motorstarter generell sowohl die Kombinationen aus Schützen oder Softstarter mit Motorschutzschaltern oder Leistungsschaltern ab als auch Komplettgeräte z. B. in Form von elektronischen Motorstartern.
Oberhalb eines Lastniveaus von rund 60 % wird durch den Einsatz eines Motorstarters von dem Antriebssystem deutlich weniger Energie verbraucht, als wenn der Motor durch einen Frequenzumrichter geschaltet bzw. gesteuert wird. Der direkte Motorstart ist die einfachste und kostengünstigste Art für das Anlassen von Drehstrom-Asynchronmotoren. Allerdings sollte beim Einsatz von Motorstartern berücksichtigt werden, dass für den Drehstrommotor beim direkten Einschalten eine hohe Strombelastung im speisenden Netz charakteristisch ist.
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Motorstarter bieten insgesamt fünf wesentliche Vorteile:
Über Drehzahlstarter und Frequenzumrichter kann die Drehzahl in der Antriebstechnik direkt geregelt werden. So lässt sich zum Beispiel die Durchflussmenge einer Flüssigkeit oder eines Gases an den aktuellen Bedarf anpassen, statt bei konstanter Drehzahl über Ventile und Drosseln geregelt zu werden. Trotz ihres eigenen Wärmeverlustes verbessern Drehzahlstarter und Frequenzumrichter so meist den durchschnittlichen Wirkungsgrad von Antriebssystemen über den ganzen Betriebsbereich.
Für die Energieeinsparung mit Frequenzumrichtern sind besonders Maschinen und Anlagen interessant, bei denen der Zusammenhang zwischen Drehzahl (n) und Drehmoment (M) quadratisch ist und damit die Leistung P in deutlich mehr als linearem Zusammenhang steht. Dazu zählen unter anderem Anwendungen wie Kreiselpumpen und Ventilatoren. Der entscheidende Faktor für die Energieeinsparung ist hier der kubische Zusammenhang zwischen Drehzahl und Leistung (P proportional n), der dazu führt, dass beispielsweise eine Pumpe, die mit 50 % der maximalen Drehzahl läuft, nur 1/8 der bei voller Drehzahl benötigten Leistung erfordert. Das bedeutet: Bereits eine kleine Verringerung der Drehzahl führt zu großen Einsparungen. So ergibt eine Drehzahlverringerung um 20 % bereits eine Ersparnis von 50 %, da die Leistungsaufnahme des Motors genau an den tatsächlichen Bedarf des Prozesses angepasst wird.
In einem Pumpensystem wird eine variable Fördermenge benötigt. Das Verändern der Fördermenge kann erreicht werden durch:
Bei der Steuerung der Pumpe durch eine Drossel ergeben sich hohe Verluste, was in einem schlechten Wirkungsgrad des Gesamtsystems resultiert. Durch lastorientierte Drehzahlregelung lassen sich diese Verluste deutlich reduzieren, was zu hohen Energieeinsparungen und damit zu einer signifikanten Reduktion der Betriebskosten führt..
Insbesondere im Bereich der Pumpen und Lüfter kommen auch Mehrmotorenantriebe als Möglichkeit zur Energieeinsparung zum Einsatz. Deren Grundidee besteht darin, im Teillastbetrieb geringere Verluste im System zu haben. Dabei wird zunächst ein erster Motor gestartet. Wenn er nicht in der Lage ist, den erforderlichen Druck aufzubringen bzw. die erforderliche Menge zu fördern, dann wird ein weiterer Motor hinzugeschaltet – so lässt sich der Druck stufenweise erhöhen, wobei für jede Druckstufe ein weiterer Motor hinzugeschaltet (oder bei abnehmendem Druckbedarf ausgeschaltet) wird.
Dabei kann die Ansteuerung der verschiedenen Motoren durchaus unterschiedlich aussehen: In Druckerhöhungssystemen sorgen Multipump-Lösungen für einen besseren Wirkungsgrad, da die einzelnen Pumpen im optimalen Betriebspunkt arbeiten. Wird dabei nur eine Pumpe mit geregelter Drehzahl betrieben, kann insbesondere im Teillastbereich sehr genau der erforderliche Druck erzeugt werden. Steigt der Bedarf, werden zusätzliche Pumpen über Motorstarter zugeschaltet – sie arbeiten dann mit einer festen Drehzahl. So lässt sich ein System mit hoher Energie- und Kosteneffizienz realisieren, das gleichzeitig eine optimale Funktionalität bietet.
Vor allem für Anwendungen mit fester Drehzahl stellen Motorstarter nicht nur die günstigere, sondern auch die effizientere Lösung im Vergleich zum Frequenzumrichter dar, und zwar unabhängig von der IE-Klasse des Motors (IE2/IE3/IE4). Es ist daher immer notwendig, alle systemrelevanten Faktoren zu berücksichtigen, um die beste Automationslösung auszuwählen. Ausführlichere Informationen liefert das Whitepaper „Energieeffizienz in der Antriebstechnik erfolgreich steigern“ von Eaton, das auf der Website des Unternehmens zum Download bereitsteht.
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