Kenndaten von Asynchronmotoren: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 20. September 2013, 05:33 Uhr

{{Highlightbox | Die Bemessungsleistung eines Motors P_n (in kW) gibt die äquivalente mechanische Nenn-Nutzleistung an.
Die dem Motor bereitgestellte Scheinleistung S_r (in VA) richtet sich nach der Nutzleistung, dem Wirkungsgrad und dem Leistungsfaktor. [math]\displaystyle{ Pa=\frac{Pn}{n\cos\phi} }[/math] }

Asynchronmotoren

Strombedarf

Der von einem Motor benötigte Bemessungsbetriebsstrom I_e ergibt sich aus der folgenden Gleichung:

Drehstrommotor: I_e = Pn x 1,000 / (√3 x U x η x cos $φ$ )

Einphasiger Motor: I_e = Pn x 1,000 / (U x η x cos $φ$ )

hierbei ist:
I_e: Bemessungsbetriebsstrom (in A)
P_n: Nennleistung (in kW)
U_r: Bemessungsspannung: bei Drehstrommotoren ist die Bemessungsspannung gleich der Außenleiterspannung. Bei einphasigen Motoren kann die Bemessungsspannung sowohl die Spannung zwischen zwei Außenleitern als auch die Spannung zwischen einem Außenleiter und dem Neutralleiter sein.
η: Wirkungsgrad, d.h. das Verhältnis zwischen Ausgangsleistung (in kW) und Eingangsleistung(in kW)
cos φ: Leistungsfaktor, d.h. das Verhältnis Wirkleistung (in kW) und Scheinleistung (in kVA)

Anlaufströme und Einstellung von Schutzeinrichtungen

Die Spitzenwerte von Anlaufströmen können sehr hoch sein und liegen typischerweise zwischen dem 3- und 8-fachen des effektiven Bemessungsstroms I_e des Motors. Mitunter sind auch Werte von mehr als 20 x I_e möglich.
Leistungsschalter, Schütze und Überlastrelais von Schneider Electric sind speziell für sehr hohe Motoranlaufströme konzipiert (Spitzenwerte bis zum 19-fachen I_e).
Wenn die Überstromschutzeinrichtung während des Motoranlaufs unerwarteterweise auslöst, bedeutet dies, dass der Anlaufstrom die Standardbemessungsgrenzen der Schutzeinrichtung übersteigt. Infolgedessen kommen manche Schaltgeräte an ihre maximale Festigkeitsgrenze, ihre Nutzungsdauer verringert sich und mitunter wird das Schaltgerät auch zerstört. Um derartige Situationen schon im Vorfeld vermeiden zu können, muss eine Überdimensionierung des Schaltgerätes in Erwägung gezogen werden.
Schaltgeräte von Schneider Electric sind für den Schutz von Motorstartern konzipiert. Die für eine Koordination nach Typ 1 bzw. Typ 2 erforderliche Kombination aus Leistungsschalter, Schütz und Überlastrelais ist in entsprechenden Tabellen (siehe Kapitel N) mit Angabe des jeweiligen Gefährdungspotentials aufgeführt.

Motoranlaufstrom

Zwar sind am Markt Motoren mit hohem Wirkungsgrad erhältlich, doch unterscheiden sich deren Anlaufströme nicht wesentlich von denen bei Standardmotoren. Durch den Einsatz von Stern-Dreieck-Anlassern, Sanftanlassern oder geregelten Antrieben lässt sich der Anlaufstrom begrenzen (Beispiel: 4 x I_e anstatt 7,5 x I_e). Bei Einsatz von Sanftanlassern ist der Anlaufstrom etwa gleich dem Bemessungsbetriebsstrom I_e.

Blindleistungskompensation (kvar) bei Asynchronmotoren

Im Allgemeinen ist es unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten immer sinnvoll, die Blindleistungsaufnahme von DS-Asynchronmotoren zu begrenzen. Dies lässt sich ohne Einschränkung der Nutzleistung durch Verwendung von Kondensatoren erreichen. Bei Asynchronmotoren wird dieses Prinzip als „Leistungsfaktorverbesserung” der „Leistungsfaktorkorrektur” bezeichnet.

Wie in Kapitel L erläutert, lässt sich die Scheinleistung S_r (VA) eines Asynchronmotors durch Einsatz von Parallelkondensatoren signifikant reduzieren, wodurch auch der aufgenommene Netzstrom reduziert wird.

Eine Blindleistungskompensation ist insbesondere bei Motoren sinnvoll, die über längere Zeiträume mit reduzierter Leistung betrieben werden.
Wie bereits aufgezeigt, ist [math]\displaystyle{ \mbox{cos}\phi= \frac{\mbox{kW input}}{\mbox{kVA input}} }[/math] &nbsp, so dass eine Verringerung der Scheinleistung den cos φ erhöhen (d.h. verbessern) wird.
Eine sehr effiziente Art ist die Verwendung von Frequenzumrichtern zur Ansteuerung von DS-Motoren, da hier der cos φ ≈ 1 ist, somit ist eine Kompensierung über Kondensatoren nicht mehr nötig. Gleichzeitig wird die Wirkstromaufnahme optimiert, so dass diese Art die energetisch optimale ist.
Der dem Motor nach erfolgter Leistungsfaktorkorrektur bereitgestellte Strom lässt sich in folgender Gleichung ausdrücken:[math]\displaystyle{ \mbox{I} = \mbox{Ia}\frac{\mbox{cos}\phi}{\mbox{cos}\phi^'} }[/math]
hierbei ist:
cos φ: Leistungsfaktor vor Kompensation
cos φ’: Leistungfaktor nach Kompensation
I_e: ursprünglicher Strom.

Abbildung A4(auf der nächsten Seite) zeigt standardisierte Bemessungsströme von Motoren bei den verschiedenen Bemessungsspannungen als Funktion der Bemessungsleistung.

kW	hp	230V	380 - 415V	400V	440- 480 V	500V	690V
kW	hp	A	A	A	A	A	A
0.18 0.25 0.37	- - -	1.0 1.5 1.9	- - -	0.6 0.85 1.1	- - -	0.48 0.68 0.88	0.35 0.49 0.64
- 0.55 -	1/2 - 3/4	- 2.6 -	1.3 - 1.8	- 1.5 -	1.1 - 1.6	- 1.2 -	- 0.87 -
- 0.75 1.1	1 - -	- 3.3 4.7	2.3 - -	- 1.9 2.7	2.1 - -	- 1.5 2.2	- 1.1 1.6
- - 1.5	1-1/2 2 -	- - 6.3	3.3 4.3 -	- - 3.6	3.0 3.4 -	- - 2.9	- - 2.1
2.2 - 3.0	- 3 -	8.5 - 11.3	- 6.1 -	4.9 - 6.5	- 4.8 -	3.9 - 5.2	2.8 - 3.8
3.7 4 5.5	- - -	- 15 20	- 9.7 -	- 8.5 11.5	- 7.6 -	- 6.8 9.2	- 4.9 6.7
- - 7.5	7-1/2 10 -	- - 27	14.0 18.0 -	- - 15.5	11.0 14.0 -	- - 12.4	- - 8.9
11 - -	- 15 20	38.0 - -	- 27.0 34.0	22.0 - -	- 21.0 27.0	17.6 - -	12.8 - -
15 18.5 -	- - 25	51 61 -	- - 44	39 35 -	- - 34	23 28 -	17 21 -
22 - -	- 30 40	72 - -	- 51 66	41 - -	- 40 52	33 - -	24 - -
30 37 -	- - 50	96 115 -	- - 83	55 66 -	- - 65	44 53 -	32 39 -
- 45 55	60 - -	- 140 169	103 - -	- 80 97	77 - -	- 64 78	- 47 57
- - 75	75 100 -	- - 230	128 165 -	- - 132	96 124 -	- - 106	- - 77
90 - 110	- 125 -	278 - 340	- 208 -	160 - 195	- 156	128 - 156	93 - 113
- 132 -	150 - 200	- 400 -	240 - 320	- 230 -	180 - 240	- 184 -	- 134 -
150 160 185	- - -	- 487 -	- - -	- 280 -	- - -	- 224 -	- 162 -
- 200 220	250 - -	- 609 -	403 - -	- 350 -	302 - -	- 280 -	- 203 -
- 250 280	300 - -	- 748 -	482 - -	- 430 -	361 - -	- 344 -	- 250 -
- - 300	350 400 -	- - -	560 636 -	- - -	414 474 -	- - -	- - -
315 - 335	- 540 -	940 - -	- - -	540 - -	- 515 -	432 - -	313 - -
355 - 375	- 500 -	1061 - -	- 786 -	610 - -	- 590 -	488 - -	354 - -
400 425 450	- - -	1200 - -	- - -	690 - -	- - -	552 - -	400 - -
475 500 530	- - -	- 1478 -	- - -	- 850 -	- - -	- 680 -	- 493 -
560 600 630	- - -	1652 - 1844	- - -	950 - 1060	- - -	760 - 848	551 - 615
670 710 750	- - -	- 2070 -	- - -	- 1190 -	- - -	- 952 -	- 690 -
800 850 900	- - -	2340 - 2640	- - -	1346 - 1518	- - -	1076 - 1214	780 - 880
950 1000	- -	- 2910	- -	- 1673	- -	- 1339	- 970

Abb. A4: Bemessungsleistungen und -ströme----

Elektrische Widerstandsheizungen und Glühlampen (konventionell oder Halogen)

Die Stromaufnahme einer elektrischen Widerstandsheizung oder Glühlampe lässt sich problemlos aus der herstellerseitig spezifizierten Bemessungsleistung P_r berechnen (d.h. cos φ = 1) (siehe Abb. A5).

Nominal power (kW)	Current demand (A)
Nominal power (kW)	1-phase 127 V	1-phase 230 V	3-phase 230 V	3-phase 400 V
0.1	0.79	0.43	0.25	0.14
0.2	1.58	0.87	0.50	0.29
0.5	3.94	2.17	1.26	0.72
1	7.9	4.35	2.51	1.44
1.5	11.8	6.52	3.77	2.17
2	15.8	8.70	5.02	2.89
2.5	19.7	10.9	6.28	3.61
3	23.6	13	7.53	4.33
3.5	27.6	15.2	8.72	5.05
4	31.5	17.4	10	5.77
4.5	35.4	19.6	11.3	6.5
5	39.4	21.7	12.6	7.22
6	47.2	26.1	15.1	8.66
7	55.1	30.4	17.6	10.1
8	63	34.8	20.1	11.5
9	71	39.1	22.6	13
10	79	43.5	25.1	14.4

Abb. A5: Stromaufnahme elektrischer Widerstandsheizungen und Glühlampen (konventionell oder Halogen)

Die Ströme berechnen sich wie folgt:

3-phasig: I_r = [math]\displaystyle{ \mbox{Ia}=\frac{\mbox{Pn}}{\sqrt3\mbox{U}} }[/math] ^[1]

1-phasig: I_r = [math]\displaystyle{ \mbox{Ia}=\frac{\mbox{Pn}}{\mbox{U}} }[/math] ^[2]

Hierbei ist:
U_r: Bemessungsspannung an den Klemmen der jeweiligen Betriebsmittel.
Halogenlampen geben ein sehr konzentriertes Licht. Ihre Lichtausbeute ist höher, und im Vergleich zu konventionellen Leuchtmitteln halten sie doppelt so lange Hinweis: Beim Einschalten entsteht durch die noch kalte Wendel kurzzeitig ein sehr hoher Strom.

Leuchtstofflampen

Leuchtstofflampen und ähnliche Betriebsmittel

In der auf dem Leuchtmittel angegebenen Bemessungsleistung P_r (Watt) ist die Verlustleistung P_v des Vorschaltgerätes nicht enthalten. Der Bemessungsstrom I_r ergibt sich aus der Gleichung: I_r = :

[math]\displaystyle{ \mbox{Ia}=\frac{\mbox{P}_{\mbox{ballast}}+\mbox{Pn}}{\mbox{UCos}\phi} }[/math]

wobei:
U_r: Bemessungsspannung der Lampe einschließlich aller Betriebsmittel.

Sofern für das Vorschaltgerät keine Verlustleistung P_v angegeben ist, können ca. 25 % von P_r angesetzt werden.

Röhrenförmige Leuchtstofflampen

Mit (sofern nichts anderes angegeben ist):

cos ϕ = 0,6 ohne Kondensator zur Leistungsfaktorkorrektur(1)
cos ϕ = 0,86 mit Leistungsfaktorkorrektur(1) (einfache oder doppelte Leuchtstofflampen)
cos ϕ = 0,96 bei elektronischem Vorschaltgerät.

Sofern für das Vorschaltgerät keine Verlustleistung P_v angegeben ist, können ca. 25 % von P_r angesetzt werden. Abbildung A6 zeigt diese Werte für verschiedene Vorschaltgerätetypen.

Kompakte röhrenförmige Leuchtstofflampen

Kompakte röhrenförmige Leuchtstofflampen unterscheiden sich im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer nicht von herkömmlichen Leuchtstofflampen. Sie werden häufig in dauerbetriebenen Beleuchtungsanlagen an Orten mit Publikums- verkehr eingesetzt (z.B.: Flure, Korridore, Empfangsbereiche usw.) und sind in vielen Situationen auch anstelle der sonst üblichen Glühlampen verwendbar (siehe Abbildung A7).

Der Energieverbrauch bzw. die Verlustleistung P_v des Vorschaltgerätes ist in der Wattzahl, die auf der Entladungslampe angegeben ist, nicht berücksichtigt.

Entladungslampen

Abbildung A8 zeigt die Stromaufnahme einer kompletten Einheit, einschließlich aller Zusatzkomponenten.
Diese Lampen nutzen zur Lichterzeugung die elektrische Entladung durch ein gasoder dampfförmiges Metall, das sich bei einem vorgegebenen Druck in einem hermetisch verschlossenen, transparenten Gehäuse befindet. Charakteristisches Merkmal dieser Lampen ist die lange Startphase, während der der Anlaufstrom I_a größer ist als der Bemessungsstrom I_r. Nachfolgend ist der Energie- und Strombedarf verschiedener Lampentypen angegeben (typische Durchschnittswerte, die von Hersteller zu Hersteller geringfügigen Abweichungen unterworfen sein können).

Notes

<refrences> ^[3] <refrences> ^[4]

^ Referenzfehler: Es ist ein ungültiger <ref>-Tag vorhanden: Für die Referenz namens Ref1 wurde kein Text angegeben.
^ Referenzfehler: Es ist ein ungültiger <ref>-Tag vorhanden: Für die Referenz namens Ref2 wurde kein Text angegeben.
^ (1) Ir in Ampère; Ur in Volt. Pr in Watt. Bei Angabe von Pr in kW ist die Gleichung mit dem Faktor 1000 zu multiplizieren.
^ (2) „Leistungsfaktorkorrektur“ wird bei Entladungslampen häufig auch als „Kompensation“ bezeichnet.
Cos ϕ liegt bei etwa 0,95 (die Nullwerte von U und I sind fast phasengleich), der Leistungsfaktor ist wegen der Impulsform des Stromes allerdings 0,5; mit einer „nacheilenden“ Spitze in jeder Halbwelle.

[Ref1-1] Referenzfehler: Es ist ein ungültiger <ref>-Tag vorhanden: Für die Referenz namens Ref1 wurde kein Text angegeben.

[Ref2-2] Referenzfehler: Es ist ein ungültiger <ref>-Tag vorhanden: Für die Referenz namens Ref2 wurde kein Text angegeben.

[<"ref"1-3] (1) Ir in Ampère; Ur in Volt. Pr in Watt. Bei Angabe von Pr in kW ist die Gleichung mit dem Faktor 1000 zu multiplizieren.

[<"ref"2-4] (2) „Leistungsfaktorkorrektur“ wird bei Entladungslampen häufig auch als „Kompensation“ bezeichnet.
Cos ϕ liegt bei etwa 0,95 (die Nullwerte von U und I sind fast phasengleich), der Leistungsfaktor ist wegen der Impulsform des Stromes allerdings 0,5; mit einer „nacheilenden“ Spitze in jeder Halbwelle.

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