Softstarter und Frequenzumrichter sind digitale Antriebssteuerungssysteme, die den Markt der Sicherheitselektronik und Gebäudeautomation maßgeblich dominieren. Zu ihren zahlreichen Vorteilen zählen beispielsweise eine sanfte Anlaufkurve oder die Möglichkeit, die Motordrehzahl zu regeln. Um die korrekte Funktion zu gewährleisten, ist jedoch zu beachten, dass sie weiterhin Komponenten zur Stromverteilung, unter anderem in Form von Magnetschaltern, benötigen.
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Darüber hinaus sind Schütze nach wie vor ein wichtiger Bestandteil moderner Industriesysteme zum Schalten von Motoren – sie steuern den Antrieb direkt. Dieser Artikel erläutert ausführlich die Rolle von Schützen und Motorschaltern bei der effektiven Steuerung und dem Schutz von Antrieben. Er behandelt auch die wichtigsten Aspekte bei der Auswahl und Konfiguration von Schutzeinrichtungen. Eine gründliche Kenntnis der Funktionsweise von Geräten ist entscheidend für die Implementierung zuverlässiger und effektiver Antriebssteuerungssysteme in vielfältigen industriellen Anwendungen.
Wie schützt eine Sicherheitseinrichtung vor Ausfällen?
Bei Elektromotoren unterscheidet man hauptsächlich zwischen zwei Fehlerarten: Kurzschluss und Überlastung. Sie bergen große Gefahren für die Systeme. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften beider Phänomene müssen die Schutzvorrichtungen beide Fälle unabhängig voneinander erkennen können.
Die Hauptursache für Kurzschlüsse ist eine Beschädigung der Isolierung von Stromkreisen, die bei sehr hohen Strömen durch die Anlage auftreten kann und zu sofortigen Schäden an den angeschlossenen Geräten führen kann. Die ersten allgemein verwendeten Schutzmaßnahmen gegen dieses Phänomen waren Sicherungen, die bei Auftreten eines hohen Stroms das System durch Verbrennen des Einsatzes unterbrachen. Aufgrund der Einschränkungen der Einzelverwendung wurden diese Lösungen mittlerweile durch automatische Geräte ersetzt. Dazu gehören Magnetschalter oder kombinierte und Hybridgeräte.
Eine Überlastung des Antriebs entsteht durch die Überschreitung der technischen Parameter des Maschinenherstellers hinsichtlich der Arbeitsumgebung oder der Betriebsparameter des Motors. Die Folge einer Überschreitung dieser Grenzwerte kann eine Überlastung sein, die zu einem Drehzahlabfall oder einer vollständigen Unterbrechung des Maschinenbetriebs führen kann. In beiden Fällen ist die vom Motor aufgenommene Stromstärke höher als der Grundwert. Aufgrund des hohen Überhitzungsrisikos kann die Maschine unter solchen Bedingungen nicht weiterarbeiten, ohne dauerhaft beschädigt zu werden. Sanftanlaufsysteme und Wechselrichter verfügen über einen integrierten Überlastschutz. Beim Direktstart bieten Thermorelais oder andere Thermoschutzarten in Form der bereits erwähnten kombinierten oder Hybridsysteme den einzigen wirksamen Schutz.
Magnetschalter
Magnetschalter erfüllen die Grundfunktion, den Motor vor Kurzschlussschäden zu schützen. Diese Schutzvorrichtungen ermöglichen durch ihre Konstruktion eine schnelle Reaktion und Unterbrechung des Systems bei zu hohen Stromwerten. Magnetschalter können durch Zubehör wie Fehlermeldemodule oder Fernbedienung um zusätzliche Funktionen erweitert werden. Wichtig ist, dass für einen vollständigen Schutz in einem Direktstartsystem der Magnetschalter mit einem Thermoelement erweitert werden muss!
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Thermischer und kombinierter magnetisch-thermischer Schutz
Das Thermorelais ist ein grundlegender Überlastschutz und in seiner Grundform ein separates Gerät. Um einen umfassenden Kurzschluss- und Überlastschutz zu gewährleisten, sollte das Thermorelais mit dem zuvor beschriebenen magnetischen Schutz koordiniert werden.
Das Thermoschutzmodul ist auch als integrierter Schutz mit Magnetmodul erhältlich. Diese Lösung wird als magnetisch-thermischer Schalter, kombinierter Schalter oder, am häufigsten, als Motorschalter bezeichnet. In jeder der oben genannten Konfigurationen unterbricht das integrierte Bimetallsystem die Stromversorgung bei Überlastung, um die daraus resultierende Überhitzung zu begrenzen.
Motorschalter (kombiniert) können je nach Wunsch mit einem Drucktaster oder Drehantrieb verwendet werden. Beide Varianten sind bei Schneider Electric Polska erhältlich.
Schütze oder wie lässt sich der Motor einfach starten?
Im nächsten Schritt nach dem Spannungsschutz müssen Funktionen zur Steuerung des Systembetriebs bereitgestellt werden. Das Hauptelement hierfür ist ein Schütz. Bei Anlegen einer Spannung an seine elektromagnetische Spule schaltet es die Hauptstrompfade des Geräts ein und ermöglicht so den Stromfluss.
Für einfache und anspruchslose Anwendungen eignen sich Schütze aus dem Basissortiment, wie beispielsweise die Easy-Serie von Schneider Electric. Sie zeichnet sich durch ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis aus. Dank ihrer günstigen Preisverfügbarkeit und einer Lebensdauer von 10 Millionen Zyklen erfreut sich diese Serie bei den Kunden großer Beliebtheit.
Arbeitsumgebung für Industrieschütze
Für umfangreichere Anwendungen mit vielfältigen elektrischen und industriellen Anforderungen müssen die Geräte strenge Anforderungen hinsichtlich der Haltbarkeit erfüllen und die Funktionalität durch Zubehör erweitern können. Hierfür eignen sich die Lösungen der TeSys Deca-Serie von Schneider Electric optimal. Diese Schütze zeichnen sich durch eine mechanische Lebensdauer von 30 Millionen Zyklen bei 60 Zyklen pro Minute aus und stellen ein langfristig ausfallfreies Funktionselement des Systems dar.
Dank der Niederstromspule eignen sich die Schütze ideal für die Koordination mit SPS-Einheiten, ohne dass zusätzliche Relais erforderlich sind. Die standardmäßigen Hilfskontakte (NO + NC) und die zusätzlichen Kontakte in Form optionaler Module sind spiegelverkehrt, wodurch sichergestellt wird, dass das Kontaktsignal auch bei einem Zusammenkleben der Hauptpfade stets den aktuellen Gerätezustand anzeigt. Diese Funktionalität ermöglicht den Einsatz von TeSys Deca-Lösungen in Sicherheitsanwendungen. Dank zahlreicher Zertifikate und Konformitätserklärungen für diese Produktfamilie garantiert diese Serie Zuverlässigkeit und langjährigen Betrieb.
Monoblockkameras für anspruchsvollere Anwendungen
Bei der Planung von Steuerungssystemen für mehrere Motoren ergeben sich höhere Anforderungen an den Schutz. Unter diesen Umständen lohnt es sich, den Einsatz kombinierter Geräte in Betracht zu ziehen, die die Thermoelementsteuerungsfunktion und die Kurzschlussschutzfunktion gleichzeitig übernehmen.
Das kombinierte Gerät in Monoblockform ermöglicht die sogenannte Vollkoordination (keine Verpflichtung zur Prüfung und zum Austausch des Geräts nach einem Kurzschluss). Präziser Betrieb in Kombination mit der Beständigkeit gegen Umgebungstemperaturen gewährleistet die Implementierung der elektronischen Thermoschutzfunktion im Schutz. Der Monoblock spart zudem Platz und Zeit bei der Installation. Schneider Electric bietet eine Reihe von TeSys Ultra-Hybridsystemen an, deren Grundfunktion als Antrieb durch eine Vielzahl von Zusatzmodulen zum Starten bidirektionaler Motoren erweitert werden kann.
IIoT-Schütze – direkter Start ins Zeitalter der Industrie 4.0
TeSys™ Island ist die neueste Geräteversion, die digitales, intelligentes Lastmanagement und Datenübertragung ermöglicht, um die Effizienz von Industriemotoren und -systemen zu steigern und gleichzeitig die Steuerung zu vereinfachen. Das System zeichnet sich durch hohe Langlebigkeit und Vielseitigkeit dank marktführender Schütze – TeSys Deca – aus. Das System ermöglicht die präzise Erkennung und Klassifizierung von Antriebsfehlern (mit Unterscheidung nach Blockade, Überlastung, Trockenlauf usw.).
Das eingebaute Elektronikmodul arbeitet nach digitalen Einstellungen. Die Schützinsel kann über die Protokolle EthernetIP, ModbusTCP, Profinet oder Profibus mit dem Automatisierungssystem kommunizieren. Diese Serie ermöglicht eine Reduzierung der Kosten für Schaltschrankmontage und Verdrahtung (bis zu 20 %), der Kosten für Systemkomponenten (Begrenzung der Anzahl von Controller-E/A-Modulen, Relais, Energiezählern) und der Wartungskosten dank einer effizienteren und zuverlässigeren Diagnose der Fehlerquelle und des Systemstatus.
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