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Branchenapplikationen / Praxisbeispiele - Siemens

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22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Die Welt der Niederspannungs-Schalttechnik zeichnet sich durch eine
immense Vielseitigkeit aus, was sich nicht nur im Angebotsspektrum auf
der Komponentenseite widerspiegelt, sondern auch bei den damit
realisierbaren Lösungen.
Typische Anwendungsbeispiele in der Industrie, der Automatisierung und
auch im täglichen Leben verdeutlichen die Flexibilität und Einsatzbreite
der Niederspannungs-Schalttechnik. Beispiele aus der Praxis geben
zudem eine hervorragende Hilfestellung bei der Entwicklung neuer Ideen
bzw. besonderer Schaltungslösungen.
In diesem Kapitel sind einige markante Applikationen beschrieben. Im
Detail sind die gestellten Anforderungen aufgeführt, die beschrittenen
Lösungswege erläutert und sogar die Auswahl der technischen Parameter
beschrieben.
Ergänzend gibt es auch Schaltungsbilder, die zeigen sollen, welche
Möglichkeiten die unterschiedlichen Niederspannungs-Schaltgeräte
besitzen.
Über diese Erläuterungen hinaus gibt es im Internet auf den Seiten
www.siemens.de/automation
bzw.
www.siemens.de/lowvoltage
eine Vielzahl weiterführender Informationen zu allen Angeboten der
Niederspannungs-Schalttechnik von Siemens zu den Stichworten “Totally
Integrated Automation” (TIP), zu “Totally Integrated Power” (TIP) und zu
allen Aspekten rund um das Thema Sicherheitstechnik (Safety
Integrated).
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – 1
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Heizung/Klima/Lüftung
3RW44
Sanftstarter
Sanftstarter 3RW44 steuert 90 kW Lüfter
im Düsseldorfer Flughafen
Im Düsseldorfer
Flughafen sorgen
Sanftstarter vom Typ
SIRIUS 3RW44 für den
schonenen Betrieb der
dortigen Belüftung.
Anwendung:
Die Klimatisierung von Gebäuden erfordert leistungsfähige
Belüftungsaggregate, die üblicherweise mit DrehstromAsynchronmotoren angetrieben werden. In größeren Anlagen werden
häufig mehrere dieser Lüfter bedarfsabhängig parallel betrieben. Der
Start dieser großen Motoren soll anlagenschonend und langfristig
wartungsfrei erfolgen. Vier 90-kW-Lüfter blasen parallel in eine
Luftsammelkammer (sog. Vorschubkanal) ein. Je nach Luftmengenbedarf
der Anlage werden die Lüfterflügel verstellt und Lüftermotore durch eine
Steuerung sequenziell zu- bzw. abgeschaltet
Anforderungen:
• Luftklappen dichten nie ganz ab; so kann Luft aus der
Sammelkammer entweichen und rückwärts durch einen ausgeschalteten Lüfter strömen. Dadurch wird dieser in Rotation versetzt
und “trudelt” dann gegenläufig mit bis zu halber Nenndrehzahl. Der
Antrieb ist trotzdem sanft zu starten.
• Ein “Festsitzen” der Blattverstellung z. B. in der 100-%-Förderstellung
erschwert ebenfalls den Hochlauf.
• Die bei dem Umschalten auftretendenden Drehmomentschläge der
früheren Stern-Dreieck-Lösung wirkten sich ungünstig auf Last, Lager
und Motoraufhängung aus. Diese sind zu eliminieren.
• Schonung der Anlage, Vermeidung von Strom- und
Drehmomentspitzen auch bei ungünstigen Anlaufbedingungen
• Einsatz von langlebiger, wartungsarmer Technik
• Anzeige der Betriebsdaten (Ströme, Leistung, Fehlermeldungen)
Lösung:
Die Anforderungen werden von dem zwei Leistungsstufen (aufgrund der
möglichen langen Anlaufzeiten) höher dimensionierten SIRIUS 3RW4444
in Standardschaltung optimal gelöst.
22 – 2
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
•
•
•
•
Der Start aus der Rotation in entgegengesetzter Drehrichtung
erforderte keine weitere Beschaltung (kein Bremsgerät notwendig!)
und konnte mit Hilfe der Startart Spannungsrampe und
Strombegrenzung auf Anhieb durchgeführt werden.
Dieser Betriebszustand führte natürlich erwartungsgemäß zu längeren
Hochläufen, die aber schon bei der Planung durch eine Überdimensionierung der Sanftstarterleistung berücksichtigt worden waren. Der
Sanftstarter wurde zwei Leistungsgrößen höher dimensioniert.
Durch Einsatz der Engeneering Software “Soft Starter ES” konnte bei
der Inbetriebnahme der Motorstartstrom online auf dem PC protokolliert und damit der Start der Antriebe optimiert eingestellt werden.
Dies und die eingestellten Parameter ließen sich auf diese Weise
komfortabel dokumentieren.
Das auf dem Sanftstarter vorhandene Display zeigt jetzt die aktuell
“gefahrene” Motorleistung an und ermöglicht dem Wartungspersonal
einen Überblick über die Belastungszustände der einzelnen
Lüftermotore und damit einen Systemvergleich; unterschiedliche
Leistungswerte können auf Einstelldifferenzen z. B. an der
Blattverstellung hinweisen.
Optional sollte noch ein Hauptschütz in Reihe zum Sanftstarter
geschaltet werden, um den Sanftstarter und Motor im Ruhezustand
potentialfrei vom Netz zu schalten.
3RW44
•
Sanftstarter
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Parametereinstellung:
• Anlaufart: Spannungsrampe mit Strombegrenzung, 20 %
Startspannung, 40 s Anlaufzeit, Strombegrenzung eingestellt auf
400 % Motorbemessungsstrom
• Auslaufart: Freier Auslauf
*(optionales
Netzschütz, wenn
Motor potentialfrei
geschaltet werden soll)
SITOR (optional)
2) Achtung Wiederanlaufgefahr! Der Startbefehl (z. B. durch die SPS) muss bei bzw. mit
Sammelstörung zurückgesetzt werden, da bei anstehendem Startbefehl nach dem
Resetbefehl automatisch ein erneuter, selbsttätiger Wiederanlauf erfolgt. Dies gilt
insbesondere bei Motorschutzauslösung. Aus Sicherheitsgründen wird empfohlen, den
Sammelfehlerausgang (Klemmen 95 und 96) in die Steuerung einzubinden.
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – 3
Heizung/Klima/Lüftung
Schaltungsbeispiel
3RW44 in Standardschaltung mit Netzschütz und Ansteuerung über SPS
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Sanftstarter
3RW44 Steuert 18,5 kW Bugstrahlruder im
Ausflugsdampfer optimal mit Drehmomentregelung
Ein Sanftstarter 3RW4423 entlastet das Generatornetz des Personenschiffs bei der
Ansteuerung des Bugstrahlruders.
3RW44
Anwendung:
Der Kunde setzt für das Bugstrahlruder eines Personenschiffs
einen 3RW44 Sanftstarter ein, um das Generatornetz des Schiffs
bei Ansteuerung des Bugstrahlruders zu entlasten. Somit werden
störende Spannungsschwankungen im Bordnetz, sichtbar z. B.
durch Flackern der Beleuchtung, verhindert. Die
Drehmomentregelung ist bei dieser Anwendung die optimale
Startart. Man sieht, dass die Versorgungsspannung durch den
Generatorregler nicht mehr so hoch geregelt wird wie vorher. Das
Licht im Schiff flackert nicht mehr. Die Pumpe für das
Bugstrahlruder wird sanft hochgeregelt und der Drehmomentstoß
ist beim Hochlauf nicht mehr vorhanden.
Ein Anlauf mit strombegrenzter Spannungsrampe wurde auch
getestet, ist hier jedoch nicht optimal. Grund: spürbarer
Drehmomentstoß und Spannungsanstieg beim Erreichen des
Kippmoments.
TIPP:
Schifffahrt
Vor allem in weichen Netzen ist der drehmomentgeregelte Anlauf allen
anderen Verfahren überlegen und zu empfehlen.
Anforderungen:
• Im Anlauf soll der Motor strombegrenzt anlaufen, um das bordeigene
Generatornetz zu schonen.
• Drehmomentschläge beim Starten der Pumpe sind zu verhindern.
22 – 4
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Lösung:
Die Anforderungen werden von dem SIRIUS 3RW4423 in
Standardschaltung optimal gelöst.
•
Es wird eine kurze Drehmomentrampe eingestellt, um den Motor
sanft zu starten.
Die überlagerte Strombegrenzungsfunktion während des Anlaufs
gewährleistet, dass der Anlaufstrom in Bezug auf die Belastbarkeit des
Generators begrenzt wird.
Parametereinstellung:
• Anlaufart: Drehmomenregelung, 40 % Startmoment,
150 % Begrenzungsmoment, 10 s Anlaufzeit
• Strombegrenzung eingestellt auf 400 % Motorbemessungsstrom
• Motorschutzeinstellung: CLASS10
Sanftstarter
•
3RW44
Schaltungsbeispiel
3RW44 in Standardschaltung mit Ansteuerung über Taster (1a)
Alternativer Abzweigaufbau in der Standardschaltung (1b, 1c)
Steuerstromkreis:
Hauptstromkreis
Möglichkeit 1b:
Möglichkeit 1c:
Schifffahrt
Hauptstromkreis:
Möglichkeit 1a: Standardschaltung
mit Leistungsschalter und SITORSicherung (reiner Halbleiterschutz).
Möglichkeit 1b: Standardschaltung
mit Ganzbereichssicherung
(Leitungs- und Halbleiterschutz).
Möglichkeit 1c: Standardschaltung
mit Leitungs- und SITOR-Sicherung
(reiner Halbleiterschutz).
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – 5
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Pumpe (75 kW Motor) für eine Kunstschnee-Anlage
Sanftstarter
Ein Sanftstarter
3RW4443 optimiert
den An- und Auslauf
einer Pumpe zur
Kunstschneeerzeugung und
reduziert auch die
Netzbelastung.
Pumpen
3RW44
Anwendung:
In einem Skigebiet soll eine 75 kW Wasserpumpe für die dortige
Kunstschnee-Anlage gestartet werden.
Anforderungen:
• Die Anlaufstromhöhe des Motors muss reduziert werden, um die
Belastung des übergeordneten Netztransformators im Anlauf zu
vermindern.
• Die Pumpe soll sanft an- und auslaufen, um die mechanische
Belastung auf den Antrieb und die Pumpe durch den Momentenstoß
beim Starten und Stoppen gering zu halten. Außerdem soll der
Wasserschlag beim Auslauf verhindert werden.
• Bei der Dimensionierung sind besonders die Aufstellungshöhe (über
1.000m NN) sowie die langen Rohrleitungen mit entsprechender
Wassersäule und dadurch längere Anlaufzeiten zu berücksichtigen.
Die tiefen Umgebungstemperaturen haben zusätzlich Einfluss auf die
mechanischen Laufeigenschaften der Maschine; sie können den
Anlauf erschweren.
Lösung:
Es wurde für den optimalen Start ein zwei Leistungsstufen größerer
SIRIUS Sanftstarter 3RW4443 in Standardschaltung gewählt.
• Der optimierte An- und Auslauf der Pumpe wurde mittels einer
eingestellten Spannungsrampe und überlagerten Strombegrenzung
realisiert. Damit wurden der Momentenstoß und die Netzbelastung
durch den hohen Anlaufstrom verringert.
• Zur vereinfachten Inbetriebnahme, und um die getätigten
Einstellungen zu dokumentieren, wurde die Engineeringsoftware
“Soft Starter ES” verwendet.
22 – 6
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Sanftstarter
Parametereinstellung:
• Anlaufart: Spannungsrampe mit Strombegrenzung, 40 %
Startspannung, 45 s Anlaufzeit, 300 % Strombegrenzung
• Auslaufart: Pumpenauslauf, 10 % Stoppmoment, 10 s Auslaufzeit
• Motorschutzeinstellung: CLASS 30
3RW44
Schaltungsbeispiel
3RW44 in Standardschaltung mit Ansteuerung über Taster (1a)
Alternativer Abzweigaufbau in der Standardschaltung (1b, 1c)
Steuerstromkreis:
Hauptstromkreis
Möglichkeit 1b:
Möglichkeit 1c:
Hauptstromkreis:
Möglichkeit 1a: Standardschaltung
mit Leistungsschalter und SITORSicherung (reiner Halbleiterschutz).
Pumpen
Möglichkeit 1b: Standardschaltung
mit Ganzbereichssicherung
(Leitungs- und Halbleiterschutz).
Möglichkeit 1c: Standardschaltung
mit Leitungs- und SITOR-Sicherung
(reiner Halbleiterschutz).
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – 7
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Pumpen
3RW44
Sanftstarter
SIRIUS 3RW44 und Pumpe im Klärwerk
(110 kW Motor, Sanftstart plus Pumpenauslauf)
Der SIRIUS Sanftstarter
3RW4443 verhindert
den Momentenstoß
beim Start und den
Wasserschlag beim
Auslauf.
Anwendung:
Es soll in dem Klärwerk eine Pumpe mit einer Motorleistung von 110 kW
angetrieben werden, um das Niveau im Klärbecken zu regulieren.
Anforderungen:
• Die maximale Wasserförderleistung muss möglichst schnell erreicht
werden. Dafür ist die Beschleunigung der Pumpe auf Nenndrehzahl
optimiert einzustellen.
• Die Belastung des Netzes soll durch Reduzierung des Anlaufstroms
des Motors gering gehalten werden.
• Die Pumpe muss sanft anlaufen, damit die mechanische Belastung
des Antriebs, der Pumpe und des Rohrleitungssystems durch den
Momentenstoß beim Anlassen reduziert wird.
• Wird die Pumpe abrupt ausgeschaltet, entsteht durch die über der
Rückschlagklappe stehende Wassersäule ein starker Rücklauf, der die
Mechanik der Klappe sowie deren Dichtungen bei jedem
Schaltvorgang extrem belastet. Hierdurch entsteht ein erhöhter
Wartungs- und Kostenaufwand.
Lösung:
Als optimalen Sanftstarter zur Lösung aller Anforderungen wurde der
SIRIUS 3RW4443 in Standardschaltung mit seiner speziell für Pumpen
entwickelten Pumpenauslauffunktion gewählt.
• Der optimierte Start der Pumpe wurde mittels einer eingestellten
Drehmomentrampe realisiert. Damit wurde der Momentenstoß und
die Netzbelastung durch einen hohen Anlaufstrom verhindert.
22 – 8
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Das abrupte Stoppen der Pumpe wurde durch die speziell für den
SIRIUS Sanftstarter 3RW44 entwickelten Pumpenauslauffunktion
verhindert. Dadurch entsteht kein Wasserschlag beim Abschalten der
Pumpe.
Parametereinstellung:
• Anlaufart: Drehmomentrampe, 20% Startmoment, 150%
Begrenzungsmoment, 20s Anlaufzeit.
• Auslaufart: Pumpenauslauf, Stoppmoment 10%, Auslaufzeit 10s
• Motorschutzeinstellung: CLASS10
Sanftstarter
•
3RW44
Schaltungsbeispiel
3RW44 in Standardschaltung mit Ansteuerung über Taster (1a)
Alternativer Abzweigaufbau in der Standardschaltung (1b, 1c)
Steuerstromkreis:
Hauptstromkreis
Möglichkeit 1b:
Möglichkeit 1c:
Hauptstromkreis:
Möglichkeit 1a: Standardschaltung
mit Leistungsschalter und SITORSicherung (reiner Halbleiterschutz).
Pumpen
Möglichkeit 1b: Standardschaltung
mit Ganzbereichssicherung
(Leitungs- und Halbleiterschutz).
Möglichkeit 1c: Standardschaltung
mit Leitungs- und SITOR-Sicherung
(reiner Halbleiterschutz).
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – 9
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Sanftstarter
38 kW Oberflächenbelüfter in der
Biokläranlage Minden
SIRIUS 3RW4424 in Wurzel-3-Schaltung reduzieren Energiekosten und
Serviceaufwand erheblich.
Wasser- / Abwassertechnik
3RW44
Anwendung:
Im Belüftungsbecken der Biokläranlage Minden wird über das
Belebt-Schlamm-Verfahren eine biologische Reinigung der
Abwässer mit Hilfe von Mikroorganismen erreicht. Das geschieht
wie in der Natur, indem die Mikroorganismen Schmutzstoffe im
Abwasser als Nahrungsquelle nutzen und zu Körpersubstanz
umbauen. Dafür benötigen sie reichlich Sauerstoff. Dieser
Sauerstoff muss mit hohem Energieaufwand in das zu reinigende
Wasser eingetragen werden. In Minden gibt es hierfür unter
anderem zwölf Oberflächenbelüfter mit je 38 kW, die das
Abwasser in den Belüftungsbecken durch die Luft schleudern und
so die Sauerstoffaufnahme über die Berührungsfläche Luft-Wasser
(Diffusionsfläche) bewirken.
Anforderungen:
• Halbierung des Serviceaufwands: Vermeidung von Schaltschlägen
beim Hochlauf wie sie beim Stern-Dreieck-Anlauf auftraten. Das große
Massenträgheitsmoment der Oberflächenbelüfter belastete die
angeschlossenen Getriebe derart stark, dass spätestens alle vier Jahre
eine bis zu 18.000 Euro teure Reparatur anstand. Zusätzlich mussten
immer Reserveaggregate vorhanden sein, die im Bedarfsfall in rund
vier Stunden gewechselt wurden. Jetzt wird mit einer Verlängerung
der Getriebe-Serviceintervalle auf etwa acht Jahre gerechnet.
• Reduzierung der Energiekosten von 20-25 %: Durch reduzierte
Erwärmung der Antriebe entstand eine höhere Flexibilität beim
betreiben der Anlage durch späteres Einschalten und früheres
Ausschalten. Somit konnte der Betrieb in teuren Spitzenstromzeiten
reduziert werden.
22 – 10
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
•
•
Möglichkeit der zentralen Steuerung mit der Vernetzung über
eingebautes, optionales Profibus-DP-Modul.
Ausgabe von Mess- und Betriebswerten, sowie Warn- und
Störmeldungen zur leichteren Überwachung der Anlage.
Sanftstarter
Lösung:
• 3RW4424 in Wurzel-3-Schaltung für CLASS10 Normalanlauf und
optionales Profibusmodul
Parametereinstellung:
• Anlaufart: Drehmomentregelung, 40 % Startmoment,
150 % Begrenzungsmoment, 15 s Anlaufzeit
• Auslaufart: Drehmomentregelung, 10 % Stoppmoment,
5 s Auslaufzeit
• Motorschutzeinstellung: CLASS10
3RW44
*(optionales Netzschütz, wenn Motor potentialfrei
geschaltet werden soll
Hauptstromkreis
Möglichkeit 1b:
Achtung: Beachten Sie die Verdrahtungsvorschläge für die
Wurzel-3-Schaltung auf der Hauptstromkreisseite. Ein
falscher Anschluss kann zu Störungen führen.
2) Achtung Wiederanlaufgefahr!
Der Startbefehl (z. B. durch die SPS) muss vor einem
Resetbefehl zurückgesetzt werden, da bei anstehendem
Startbefehl nach dem Resetbefehl automatisch ein erneuter, selbsttätiger Wiederanlauf erfolgt. Dies gilt insbesondere bei Motorschutzauslösung. Aus Sicherheitsgründen wird
empfohlen, den Sammelfehlerausgang (Klemmen 95 und
96) in die Steuerung einzubinden.
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – 11
Wasser- / Abwassertechnik
Steuerstromkreis
Ansteuerung über SPS
Hauptstromkreis
Möglichkeit 1a:
Schaltungsbeispiel
3RW44 in Wurzel-3-Schaltung (1a)
Drehrichtungsänderung bei Wurzel-3-Schaltung (1b)
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
3RW44
Sanftstarter
SIRIUS 3RW44 und Kompressor für eine biologische
Kläranlage in einer Papierfabrik in China
(250 kW Motor, Sanftstart, Wurzel-3-Schaltung)
Früher
Ein Sanftstarter SIRIUS
3RW4444 in Wurzel-3Schaltung optimiert den Start
des Kompressors und spart
dabei auch noch erheblich
Heute Platz im Schaltschrank.
Anwendung:
Biologische Kläranlagen reinigen auch schwierigste Abwässer. Kompressoren
zu niedrigen Kosten betreiben zu können, sichert die Rentabilität. Damit die
Abwässer in den Belebungsbecken durch Mikroorganismen gereinigt werden
können, müssen sie mit ausreichend Sauerstoff versorgt werden. Der Sanftstarter soll einen Kompressor für ein Klärbecken ansteuern, der zur Lufteinströmung über Schläuche genutzt wird (zur Anreicherung der Organismen im
Schlamm mit Sauerstoff). Dazu sind Kompressoren im Leistungsbereich ab
250 kW erforderlich. Die Binowa Umweltverfahrenstechnik GmbH in
Weisschütz fertigt für mehrstufige biologische Kläranlagen die dazu
gehörende Steuerungstechnik und suchte nach Lösungen, die hohe
Kompressorleistung mit niedrigen Kosten so schonend wie möglich für das
Aggregat und das allgemeine Niederspannungsnetz zur Verfügung zustellen.
Kompressoren
Anforderungen:
• Der Motor soll sanft gestartet werden, um die mechanische Belastung
des Kompressors im Anlauf zu reduzieren
• Der Anlaufstrom muss reduziert werden, damit das Netz im Anlauf nicht
zu stark belastet wird.
• Platzsparender Aufbau im Schrank, um Installationskosten zu reduzieren.
• Passwortschutz gegen unberechtigten Zugriff für getätigte
Einstellungen, um im Zeitraum der Gewährleistung den
Maschinenhersteller abzusichern.
Lösung:
Der optimale Start wird durch einen SIRIUS Sanftstarter 3RW4444 in
Wurzel-3-Schaltung realisiert.
• Der optimierte Start des Kompressors wurde mittels einer eingestellten
Drehmomentregelung realisiert. Damit wurde der Momentenstoß und die
Netzbelastung durch einen hohen Anlaufstrom verhindert.
• Durch Anschluss des Sanftstarters in der sogennaten „Wurzel-3-Schaltung“
konnte ein um den Faktor 0,58 leistungsmässig kleinerer und somit günstigerer
22 – 12
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
•
Sanftstarter ausgewählt werden. Hierdurch kann zusätzlich in Zukunft der
Schaltschrankaufbau in einem 600 mm Schaltschrank anstelle eines 800 mm
Schranks erfolgen und so können zusätzliche Kosten eingespart werden.
Durch Aktivierung der Sicherheitseinstellung kann eine Parametersperre
erfolgen, mit der das normale Ablesen und Bedienen des Sanftstarters und der
entsprechenden Meldungen zugelassen sind, aber ein unberechtigter Zugriff
auf eingestellte Betriebsparameter verhindert wird.
Sanftstarter
Parametereinstellung:
• Anlaufart: Drehmomentrampe, 50 % Startmoment,
150 % Begrenzungsmoment, 20 s Anlaufzeit.
• Auslaufart: Freier Auslauf
• Motorschutzeinstellung: CLASS10
• Sicherheit Benutzercode 1001 (Kunde nur lesen)
3RW44
Steuerstromkreis
Ansteuerung über SPS
Hauptstromkreis
Möglichkeit 1a:
Schaltungsbeispiel
3RW44 in Wurzel-3-Schaltung (1a)
Drehrichtungsänderung bei Wurzel-3-Schaltung (1b)
*(optionales Netzschütz, wenn Motor potentialfrei
geschaltet werden soll
2) Achtung Wiederanlaufgefahr!
Der Startbefehl (z. B. durch die SPS) muss vor einem
Resetbefehl zurückgesetzt werden, da bei anstehendem
Startbefehl nach dem Resetbefehl automatisch ein erneuter, selbsttätiger Wiederanlauf erfolgt. Dies gilt insbesondere bei Motorschutzauslösung. Aus Sicherheitsgründen wird
empfohlen, den Sammelfehlerausgang (Klemmen 95 und
96) in die Steuerung einzubinden.
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – 13
Kompressoren
Hauptstromkreis
Möglichkeit 1b:
Achtung: Beachten Sie die Verdrahtungsvorschläge für die
Wurzel-3-Schaltung auf der Hauptstromkreisseite. Ein
falscher Anschluss kann zu Störungen führen.
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
3RW44
Sanftstarter
Drehstrom-Asynchronmotoren mit 160 kW
Nennleistung für Siebschnecken-Zentrifugen
Sanftstarter SIRIUS 3RW4447 passen den Anlauf von Siebschneckenzentrifugen
mit zwei unterschiedlichen Parametersätzen an die Beladung an.
Anwendung:
Bei der Herstellung von Salz sorgen Siebschnecken-Zentrifugen für die
Separation der flüssigen Anteile von den festen Salzkristallen aus der
Suspension. Bei einem Hersteller in Wunstorf stehen sechs davon,
angetrieben von je einem Drehstrom-Asynchronmotor mit 160 kW
elektrischer Leistung, die früher direkt über ein 1.000 A Schütz gestartet
wurden. Um die damit verbundenen Belastungen zu minimieren, suchte
der zuständigen Elektrobetriebsingenieur nach Anlaufalternativen.
Zentrifugen
Anforderungen:
• Reduzierung der mechanischen Belastungen im Anlauf, um dadurch
die Serviceintervalle z.B. beim Wechsel des Keilriemens zu reduzieren
und Anlagenstillstandszeiten zu optimieren.
• Begrenzung des Anlaufstroms zur Trafoentlastung und um
Netzspannungsschwankungen zu vermindern.
• Flexibilität in der Anlaufeinstellung, da die Zentrifuge im beladenen
und auch unbeladenem Zustand sanft starten soll.
• Kompakte Ausführung - ohne extra Schaltschrankklimatisierung.
• Motorüberlastschutzfunktion
• Robuste Auslegung, da es durch die inhomogene Last in den
Zentrifugen teilweise zu starken Belastungsschwankungen bei der
Antriebstechnik kommt.
Lösung:
• Aufgrund der teilweise sehr langen Anlaufzeiten (bis zu 60 s) wurde
für den 160 kW Motor (mit 280 A Bemessungsstrom) ein zwei
Leistungsstufen größerer SIRIUS Sanftstarter 3RW4447 in Standardschaltung gewählt. Um den Start optimal an die unterschiedlichen
Anlaufverhältnisse der Maschine (beladen und leer) anzupassen,
werden zwei Parametersätze zum Starten verwendet.
22 – 14
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Aufgrund der im Sanftstarter 3RW44 bereits im Gerät integrierten
Bypassschütze wird die Wärmeverlustleistung (Abwärme) des
Schaltgeräts im Betrieb gegenüber einer herkömmlichen elektronischen Starterlösung um bis zu 800 W reduziert. Auf eine zusätzliche
Klimatisierung des Schaltschranks konnte somit verzichtet werden.
3RW44
Parametereinstellung:
• Anlagenzustand Zentrifuge leer
Parametersatz 1: Anlaufart: Drehmomenregelung mit
Strombegrenzung, 30 % Startmoment, 150 % Begrenzungsmoment,
30 s Anlaufzeit, 350 % Strombegrenzung
• Anlagenzustand Zentrifuge voll
Parametersatz 2: Drehmomenregelung mit Strombegrenzung,
50 % Startmoment, 150 % Begrenzungsmoment, 60 s Anlaufzeit,
350 % Strombegrenzung
• Auslaufart: Freier Auslauf
• Motorschutzeinstellung: CLASS 30
Sanftstarter
•
Zentrifugen
Schaltungsbeispiel
3RW44 und Ansteuerung des Motors mit zwei Parametersätzen
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – 15
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Wasser- / Abwassertechnik
3RW44
Sanftstarter
SIRIUS 3RW44 und 15 kW Rohrmantelpumpe
im Klärwerk Adelsdorf
(Sanftstart, Pumpenauslauf und Profibusanbindung)
Die Sanftstarter SIRIUS 3RW4422 können programmgesteuert über Profibus DP
gestartet werden. Dadurch lässt sich bei mehreren Pumpen die Belastung auf das
Netz minimieren, was auch zur Vermeidung von Spitzenlasten führt.
Anwendung:
Die Wasserversorgung von Adelsdorf bei Erlangen stützt sich auf sechs eigene
Brunnen, aus denen jährlich rund 700.000 m3 Wasser zu den angeschlossenen
Haushalten gelangen. Hierzu dienen drei Rohrmantelpumpen plus zwei
Kreiselpumpen, um das benötigte Volumen in die drei Hochbehälter mit 800, 1.000
und 2.000 m3 Fassungsvermögen zu pumpen.
Die ursprüngliche Konstruktion der Rohrmantel-Pumpstationen sieht vor, dass die
Motoren über Stern-Dreieck-Schaltungen starten und bis zum vollen Volumenstrom
der Pumpen gegen einen geschlossenen Elektroschieber arbeiten, der sich dann
langsam öffnet.
Mit den Absperrklappen und einer mechanischen Rückschlagklappe wird der
Rückfluss aus dem Leitungssystem verhindert. Aufgrund der baulichen Anordnung
der Komponenten gab es immer wieder Verwirbelungen im Medium, was zu
Störungen durch die Strömungswächter führte, die den Trockenlauf der Pumpen
überwachen und sie so vor Zerstörung schützen. Dadurch kam es immer wieder zu
Ausfällen der Pumpen und auch damit verbundenen Druckschlägen im
Rohrleitungsnetz.
Anforderungen:
• Durch das sanfte An- und Auslaufen soll der wartungsintensive Elektroschieber in
der Anlage entfallen. Lediglich die vorhandene mechanische Rückflusssperre soll
dafür sorgen, dass bei stehender Rohrmantelpumpe kein Rückfluss stattfindet.
• Einsparung von Energiekosten durch Vermeidung von Spitzenlasten.
• Im Notfall soll die Pumpe über einen Schalter vor Ort auch ohne
Profibusansteuerung gestartet werden können.
Lösung:
Als optimalen Sanftstarter zur Lösung aller Anforderungen wurde der SIRIUS
3RW4422 in Standardschaltung mit seiner speziell für Pumpen entwickelten
Pumpenauslauffunktion und optionalem Profibus-DP-Modul gewählt.
22 – 16
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
•
•
Parametereinstellung:
• Anlaufart: Drehmomentrampe, 20 % Startmoment,
150 % Begrenzungsmoment, 15 s Anlaufzeit
• Auslaufart: Pumpenauslauf, Stoppmoment 10 %, Auslaufzeit 10 s
• Eingang 2 umgestellt auf Funktion Hand-vor-Ort
• Motorschutzeinstellung: CLASS10
Schaltungsbeispiel
Ansteuerung über Profibus mit Umschaltung auf Hand-vor-Ort-Bedienung
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – 17
3RW44
•
Durch die Möglichkeit, den Motorstrom im Sanftstarter zu erfassen und über
Profibus an das übergeordnete Leitsystem zu melden, sind die Verantwortlichen
in Adelsdorf nun in der Lage, die Pumpen programmgesteuert versetzt anlaufen
zu lassen, um so Stromspitzen zu vermeiden. Visualisiert wird alles über WinCC
von Siemens. Die Stromüberwachung hat eine weitere Verbesserungen zutage
gefördert. Im Vergleich zum Anlaufstrom der 15 kW Pumpen mit Stern-DreieckStart von etwa 200 A im Umschaltpunkt benötigt die neue Sanftstarterlösung
lediglich 80 A. Vor allem im Sommer, wenn zwei oder drei Pumpen gleichzeitig
anlaufen, wirkt sich diese Volllast-Reduzierung extrem positiv aus.
Der sanfte Start der Pumpe wurde mittels einer eingestellten
Drehmomentrampe realisiert. Die Funktion des langsamen Flussaufbaus des
Wassers, was der Elektroschieber zum Anfahren der Pumpe früher übernommen hatte, wird nun mittels der Drehmomentregelung des Sanftstarters realisiert. Hierdurch wird auch die Netzbelastung durch einen hohen Anlaufstrom
verhindert.
Das abrupte Stoppen der Pumpe wurde durch die speziell für den SIRIUS
Sanftstarter 3RW44 entwickelte Pumpenauslauffunktion verhindert. Dadurch
entsteht kein Wasserschlag beim Abschalten der Pumpe und das
Rohrleitungssystem wie auch die Rückschlagklappe wird mechanisch geschont.
Schaltungstechnische Realisierung einer manuellen Hand-Vor-Ort-Schaltung
Wasser- / Abwassertechnik
•
Sanftstarter
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
3RW44
Sanftstarter
250 kW Drehstrom-Asynchronmotor als Antrieb
eines Universal-Querstromzerspaners
Beim Recycling von Elektroschrott
schont ein Sanftstarter 3RW4447
den hoch belasteten Antrieb beim
Anlauf und im Betrieb.
Anwendung:
Der schwäbische Recyclinganlagenhersteller MeWa sorgte auf der
Entsorgungsmesse IFAT 2005 in München mit seiner Präsentation des
Querstromzerspaners (QZ) Uni-Cut QZ 2000 HD für Aufsehen. Mit dem
QZ hat das Unternehmen als erstes auf die bis dahin traditionelle
Zerkleinerungstechnik verzichtet und diese durch ein neuartiges
Aufschlussverfahren mittels Beschleunigungswerkzeugen ersetzt.
Dabei rotieren riesige, massive Ketten um eine Achse, ähnlich einem
Haushaltsmixer, und zerkleinern den hindurch fallenden Schrott auf die
gewünschte Größe. Das Herzstück, der 250 kW DrehstromAsynchronmotor, benötigt auf der elektrischen Seite aufgrund des
besonders schweren Anlaufs eine sehr anspruchsvolle Startauslegung.
Zentrifugen
Anforderungen:
• Vermeidung von Netzschwankung beim Start.
• Schonender Anlauf, um Verschleiß zu mindern.
• Integrierte Überlastfunktion, wodurch eine Beschädigung der
Maschine durch das Abschalten des Motors beim Verklemmen von
Metallteilen verhindert werden kann.
• Platz sparen im Schaltschrank.
Lösung:
Die Anforderungen werden von dem zwei Leistungsstufen (aufgrund der
möglichen langen Anlaufzeiten) höher dimensionierten SIRIUS 3RW4447
in Wurzel-3-Schaltung optimal gelöst.
• Als Startart wurde eine Spannungsrampe mit Strombegrenzung
gewählt, um das Netz und die Mechanik des Zerkleinerers während
des Anlaufs zu schonen.
• Aufgrund der großen Massenträgheit der Maschine und der damit
verbundenen langen Anlaufzeiten wurde der Sanftstarter drei
Leistungsgrößen höher dimensioniert.
22 – 18
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Sanftstarter
Parametereinstellung:
• Anlaufart: Spannungsrampe mit Strombegrenzung,
20 % Startspannung, 40 s Anlaufzeit, Strombegrenzung eingestellt
auf 350 % Motorbemessungsstrom
• Auslaufart: Freier Auslauf
• Motorschutz: CLASS 30
3RW44
Steuerstromkreis
Ansteuerung über SPS
Hauptstromkreis
Möglichkeit 1a:
Schaltungsbeispiel
3RW44 in Wurzel-3-Schaltung (1a)
Drehrichtungsänderung bei Wurzel-3-Schaltung (1b)
*(optionales Netzschütz, wenn Motor potentialfrei
geschaltet werden soll
2) Achtung Wiederanlaufgefahr!
Der Startbefehl (z. B. durch die SPS) muss vor einem
Resetbefehl zurückgesetzt werden, da bei anstehendem
Startbefehl nach dem Resetbefehl automatisch ein erneuter, selbsttätiger Wiederanlauf erfolgt. Dies gilt insbesondere bei Motorschutzauslösung. Aus Sicherheitsgründen wird
empfohlen, den Sammelfehlerausgang (Klemmen 95 und
96) in die Steuerung einzubinden.
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – 19
Zentrifugen
Hauptstromkreis
Möglichkeit 1b:
Achtung: Beachten Sie die Verdrahtungsvorschläge für die
Wurzel-3-Schaltung auf der Hauptstromkreisseite. Ein
falscher Anschluss kann zu Störungen führen.
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
3RW40
Sanftstarter
Drei 140 kW Elektromotoren als Antrieb für
Hydraulikpumpen auf Scot-Tankschiffen
Mithilfe des Sanftstarters SIRIUS 3RW4074 wird das Bordnetz weniger belastet und
die Pumpen werden geschont.
Anwendung:
Mit der, durch drei 140 kW Elektromotoren betriebenen Hydraulik wird
auf den 120 m langen Scot-Tankschiffen der Reederei Wappen aus
Hamburg die Fracht - Chemikalien oder Öl - abgepumpt. Darüber hinaus
werden auch alle anderen hydraulisch betriebenen Anlagenteile, wie
beispielsweise die Winden, der Anker oder die Gangway von der
Zentralhydraulik versorgt.
Schifffahrt
Anforderungen:
• Druckstöße beim Anlauf vermeiden, um den Verschleiß und den
Wartungsaufwand zu minimieren.
• Einschaltstromspitzen vermeiden, um die Belastung der Generatoren
an Bord zu reduzieren.
• Hoher Qualitätsanspruch, da die Tanker der Reederei Wappen als die
sichersten ihrer Klasse gelten.
• Robuste Potentiometer, die sich nicht durch dauernde bzw. starke
Vibrationen auf Schiffen von alleine verstellen.
• Geringe Verlustleistung des Schaltgeräts, um die Abwärme im
Schaltschrank zu minimieren.
Lösung:
Die Anforderungen werden von SIRIUS 3RW4074 optimal gelöst.
• Der maximale Einschaltstrom kann dank der eingestellten
Strombegrenzung auf ein zulässiges Maß begrenzt werden und das
Bordnetz, welches über Generatoren versorgt wird, entsprechend
stabil bleiben.
• Durch die Sanftstartfunktion konnten Schaltschläge und Druckstöße
an der Pumpe auf ein Mindestmaß gesenkt werden.
22 – 20
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Dank der im Sanftstarter integrierten Bypasskontakte wird die
Verlustleistung des Schaltgeräts im Betrieb auf ein Mindestmaß
gesenkt. Zusätzliche Kosten durch z. B. Extra-Kühlung über
Klimageräte oder kostenintensive Lösungen wie externe (Bypass)
Schütze und entsprechenden Verdrahtungsaufwand und Platzbedarf
im Schaltschrank, konnten so verhindert werden.
Schifffahrt
3RW40
Parametereinstellung:
• Anlaufart: Spannungsrampe, 40 % Startspannung, 10 s Anlaufzeit
und 3,0-fache Anlaufstrombegrenzung
• Auslaufart: Freier Auslauf
• Motorschutzeinstellung: CLASS10
Sanftstarter
•
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – 21
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Werkzeugmaschinen
3RW40
Sanftstarter
200 kW Pumpenantriebe für eine hydraulische
Stufenpresse
Fünf Sanftstarter SIRIUS 3RW40 sorgen in der Stufenpresse dafür, dass Druckstöße
in den Hydraulikpumpen vermieden werden. Gegenüber einer Stern-DreieckStarterlösung konnte sogar 50 Prozent Platz im Schaltschrank gespart werden.
Anwendung:
Für ZF Sachs in Friedrichshafen hat die Schuler Hydrap GmbH in
Plüderhausen eine Stufenpresse gebaut, die im Werk Mexiko Deckel für
Wandlergetriebe herstellt. Der Grund für diese Bestellung ist die
steigende Nachfrage nach Automatikgetrieben für Pkw. Während für
solche Aufgaben früher mehrere Einzelmaschinen zu einer Pressenstraße
kombiniert wurden, integriert die neue THC 2000 sämtliche Einzelschritte
bis zum fertigen Endprodukt in einer einzigen Maschine.
Anforderungen:
• Platzeinsparung aufgrund von mangelndem Raum in den
Schaltschränken.
• Einfache Parametrierung über Potentiometer und Schraubendreher,
um schnellen Service und Inbetriebnahme zu garantieren.
• Reduzierung von Druckstößen. Je sanfter der Druckaufbau in den
Pumpen stattfindet, desto einfacher haben es die Druckregelventile,
den vorgegebenen Druck konstant zu halten. (Erlaubte
Drucküberschwinger < 5 %)
• Vermeidung von Schaltschlägen durch sanften Anlauf, um die
Lebensdauer der Pumpen zu erhöhen und die Stillstandszeiten durch
deren Wartung zu reduzieren.
22 – 22
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Lösung:
Die Anforderungen werden von SIRIUS 3RW4075 optimal gelöst.
• Mit der SIRIUS 3RW40 Lösung konnte gegenüber der früheren SternDreieck-Starterlösung 50 % Schaltschrankplatz eingespart werden. Die
fünf Sanftstarter starten die jeweils 200 kW Pumpen jetzt aus einem
1.200 mm Schaltfeld.
• Die einfache Inbetriebnahme und der Service können auch ohne
hochqualifiziertes Fachpersonal ohne Spezialhilfsmittel über
Potentiometereinstellung erledigt werden.
• Durch die Sanftstartfunktion konnten Schaltschläge und Druckstöße
an der Pumpe auf ein Mindestmaß gesenkt werden.
• 3RW40
Werkzeugmaschinen
Parametereinstellung:
• Anlaufart: Spannungsrampe, 50 % Startspannung, 5 s Anlaufzeit und
2,5-fache Anlaufstrombegrenzung
• Auslaufart: Freier Auslauf
• Motorschutzeinstellung: CLASS10
Sanftstarter
Energieeinsparungen durch Abschalten und wieder sanftes Starten
von Pumpen in bestimmten Presszyklen. Im Test befundene
Leistungsoptimierer brachten nicht das gewünschte Ergebnis, da sich
Verbesserungen lediglich an der Scheinleistung, nicht jedoch an der
Wirkleistung ergeben haben. Laufen Regelpumpen in Haltezyklen leer,
hat es sich als sinnvoller erwiesen die Pumpen ganz abzuschalten und
sie bei einer Druckanforderung des Systems wieder über
Sanftanläufer schnell und sanft hochzufahren.
3RW40
•
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – 23
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Werkzeugmaschinen
3RW44
Sanftstarter
3RW44 startet und bremst eine 45 kW KontaktbandSchleifmaschine
Über die DC-Bremsfunktion des SIRIUS 3RW4435 können Antriebe schnell stillgesetzt werden.
Anwendung:
Das Auerhammer Metallwerk im sächsischen Aue ist in Europa ein führender
Hersteller von Thermobimetallen. Ein wichtiger Teil im gesamten Fertigungsprozess
ist die Oberflächenbearbeitung der in Bandform angelieferten Rohmetalle durch
Schleifen. Dieses übernehmen Kontaktband-Schleifmaschinen in mehreren Stufen.
Dabei werden die Metallbänder von Coils abgewickelt und nach der betreffenden
“Schleif-Stufe” wieder aufgewickelt. Je nachdem wie gut die Oberflächengüte sein
soll durchläuft ein Metallband alle vier Bearbeitungsstufen, bis es schließlich in
weiterführenden Prozessen auf das benötigte Maß abgelängt wird. Im Zuge einer
Anlagenmodernisierung nach 20 Jahren Betrieb wurden auch die vier Hauptantriebe der für den Schleifprozess eingesetzten Schleifbänder in den einzelnen Stufen
erneuert.
Anforderungen:
• Schleifbänder nützen sich bei den zähen Werkstücken schnell ab. Dadurch
ergeben sich ein bis zwei Wechsel pro Stunde und Antrieb. Wenn die Schleifbänder gewechselt werden müssen, soll der Antrieb schnell Stillgesetzt werden.
• Entlastung des Antriebs beim Anlauf. Jeder Stopp und der folgende
Wiederanlauf haben deshalb in der Vergangenheit nicht nur das Stromnetz und
die Motoren belastet,sondern auch die Keilriemen.
• Echtzeiterfassung der Motorleistung, um Rückschlüsse auf die
Schleifbandabnutzung bzw. den Anpressdruck zu erlangen und den
Bearbeitungsprozess zu optimieren.
• Anzeige der Betriebsdaten (Ströme, Leistung, Fehlermeldungen)
• Einbindung in das moderne, busbasierte Anlagenkonzept
• Motor-Überlastschutz
Lösung:
Es wird ein SIRIUS 3RW4435 gewählt. Wegen der langen Anlaufzeiten sowie der
eingestellten Funktion “DC-Bremsen” wird der Sanftstarter drei Leistungsstufen
höher dimensioniert.
22 – 24
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
•
•
Die Anforderung zum schnellen Stillsetzen des Antriebs wurde mit der DCBremsenfunktion des 3RW44 erreicht. Die frühere Lösung über Trafos und
Gleichrichterbaugruppen konnte entfallen.
Die exakte Einstellungen der Start- und Bremsparameter erfolgte sehr komfortabel über die Engineering Software “Soft Starter ES” und konnten sich so auch
einfachst dokumentieren lassen.
Mithilfe des optionalen Profibus-DP-Moduls, mit dem man die 3RW44
Sanftstarter nachrüsten kann, konnte der Abzweig optimal in die
Steuerungsebene eingebunden werden. Aktuelle Werte wie Strom, Leistung,
Warn-und Störmeldungen führten somit zu einer Optimierung des
Bearbeitungsprozesses.
3RW44
Parametereinstellung:
• Anlaufart: Drehmomentregelung mit Strombegrenzung,
20 % Startmoment, Begrenzungsmoment 150 %, 40 s Anlaufzeit,
Strombegrenzung eingestellt auf 400 % Motorbemessungsstrom
• Auslaufart: DC-Bremsen, DC-Bremsmoment 50, Auslaufzeit 15 s
• Ausgang eingestellt auf Funktion „DC-Bremsschütz“
• Motorschutzeinstellung: CLASS 30
Schaltungsbeispiel
3RW44 in Standardschaltung und Auslauffunktion DC-Bremsen3)
für Gerätetypen 3RW44 22 bis 3RW44 25
2) Achtung Wiederanlaufgefahr! Der Startbefehl (z. B. durch die SPS) muss vor einem Resetbefehl zurückgesetzt werden, da bei anstehendem Startbefehl nach dem Resetbefehl automatisch ein erneuter, selbsttätiger Wiederanlauf erfolgt. Dies gilt insbesondere bei Motorschutzauslösung. Aus Sicherheitsgründen wird
empfohlen, den Sammelfehlerausgang (Klemmen 95 und 96) in die Steuerung einzubinden.
3) Wird die Auslauffunktion "Kombiniertes Bremsen" gewählt, wird kein Bremsschütz benötigt. Wird die
Auslauffunktion "DC Bremsen" gewählt, muss zusätzlich ein Bremsschütz eingesetzt werden. Für
Applikationen mit größeren Schwungmassen (JLast > JMotor) wird die Funktion "DC Bremsen" empfohlen. Der
Ausgang 2 muss auf "DC Bremsschütz" umgestellt werden.
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – 25
Werkzeugmaschinen
•
Sanftstarter
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Werkzeugmaschinen
3RW44
Sanftstarter
Umrüstung der Groß-Presse mit jeweils
2x90 kW Antrieben im Presswerk eines
Automobilherstellers
Bei der Modernisierung von Hydraulik-Großpressen hat der Sanftstarter SIRIUS
3RW4427 gezeigt, dass damit Platz und Verdrahtungsaufwand gespart werden
kann. Außerdem hat sich die Belastung auf die Pumpen sowie die Mechanik reduziert und über den Profibus DP lassen sich zudem Diagnosedaten abrufen.
Anwendung:
Im Zuge des Umbaus zur Modernisierung der vier HydraulikGroßpressen eines deutschen Automobilherstellers soll die
Ansteuerung der jeweils beiden 90 kW Pressenmotoren im
Schaltschrank modernisiert und die vorhande Stern-Dreieck-Lösung
durch eine Sanftstarterlösung optimiert werden.
Anforderungen:
• Vermeidung von Schaltschlägen und Druckstößen durch sanften
Anlauf, um die Lebensdauer der Pumpen zu erhöhen und die
Stillstandszeiten durch deren Wartung zu reduzieren.
• Platzeinsparung im Schaltschrank gegenüber einer herkömmlichen
Lösung.
• Leistungsschalter SENTRON 3VL zum Schutz der Anlage (keine
Sicherung als Ersatzteil notwendig)
• Kommunikation über Profibus DP
• Simatic S7-300: Steuerung der Anlage
• Bedienung und Anzeige direkt an der Presse (WinCC flexible)
22 – 26
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
Lösung:
Als optimalen Sanftstarter zur Lösung aller Anforderungen wurde der
SIRIUS 3RW4427 in Wurzel-3-Schaltung gewählt.
• Bis zu 2/3 weniger Platzbedarf im Schaltschrank als Y-∆ Starter.
• Verdrahtungseinsparung; nur ein Sanftstarter statt drei Schütze.
• Reduzierung der mechanischen und elektrischen Belastung im
Anlauf durch eingestellte Sanftstartfunktion.
• Kommunikation per Profibus über optional nachrüstbares ProfibusDP-Modul. Hierdurch Diagnose und Anzeige am Panel sowie
Parametrierung über die SPS.
3RW44
Parametereinstellung:
• Anlaufart: Drehmomentrampe, 20 % Startmoment,
150 % Begrenzungsmoment, 15 s Anlaufzeit
• Auslaufart: Freier Auslauf
• Eingang 2 umgestellt auf Funktion Hand-vor-Ort
• Motorschutzeinstellung: CLASS10
Sanftstarter
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
Werkzeugmaschinen
Schaltungsbeispiel
Ansteuerung über Profibus mit Umschaltung auf Hand-vor-Ort-Bedienung
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – 27
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
3RW44
Sanftstarter
3RW44 steuert 168 kW Pulvermühle und ersetzt die
Turbokupplung bei WBB Minerals in England
In einer Mühle wurde ein
Sanftstarter SIRIUS 3RW4453
eingesetzt, um damit eine
mechanische
Sanftanlauflösung auf Basis
einer hydraulischen
Turbokupplung zu ersetzen.
Anwendung:
WBB Minerals, einer der führenden Anbieter für industrielle Minerale, modernisiert
laufend seine Extraktions- und Produktionstechniken. Zum Mahlen und
Weiterverarbeiten von Ton sind vier Mühlen mit jeweils 168 kW Motoren
Antriebsleistung im Einsatz. Rund um die Uhr - 24 Stunden, 7 Tage pro Woche - wird
so ein Jahresdurchsatz von 100.000 Tonnen Ton erreicht. Der vorhandenen
mechanischen Technik zum sanften Start der Antriebe über hydraulische
Turbokupplungen standen hohen Wartungskosten und damit verbunde
Stillstandzeiten im Abstand von drei Monaten gegenüber. Zudem birgt das heiße
Hydrauliköl, das über die Sicherheitsventile austreten kann, eine Gefährdung für
Bedienpersonal, Brand- und Umweltschutz.
Mühlen
Anforderungen:
• Neue Sanftstartlösung, dadurch Reduzierung der laufenden Wartungskosten
und Stillstandszeiten der Mühlen.
• Erhöhung der Betriebssicherheit für Personal und des Brandschutzes.
• Erhöhung des Motorschutzes durch zusätzliche PTC-Auswertung des Motors.
• Anzeige von Stör- und Messwerten an der Schaltschranktür.
Lösung:
Aufgrund der sehr hohen Schwungmasse (Massenträgheit) der Mühle und dem
damit verbundenen Schweranlauf, wurde ein drei Leistungsstufen größerer
3RW4453 in Standardschaltung gewählt.
• Der sanfte Start wurde mit einer Drehmomentregelung mit überlagerter
Strombegrenzung gelöst.
• Aufgrund der wartungsfreien, elektronischen Starterlösung gingen die wartungsbedingten Produktionstillstandskosten spürbar zurück.
• Durch eine Auswertung des im Motor integrierten Temperaturfühlers in
Kombination mit dem elektronischen Überlastschutz durch den 3RW44 ist der
thermische Motorschutz optimal erfüllt.
22 – 28
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – Branchenapplikationen / Praxisbeispiele
•
Durch den Einsatz der Engeneering Software “Soft Starter ES” konnte bei der
Inbetriebnahme der Motorstartstrom online auf dem PC protokolliert und damit
der Start der Antriebe optimiert eingestellt werden. Dies und die eingestellten
Parameter ließen sich so komfortabel dokumentieren.
Das mit dem Sanftstarter verbundene optionale externe Anzeige- und
Bedienmodul zeigt alle wichtigen Warn-, Mess- und Betriebswerte - sicher für
das Bedienpersonal - bei geschlossenem Schaltschrank an der Tür an.
Parametereinstellung:
• Anlaufart: Drehmomentregelung mit Strombegrenzung,
20 % Startmoment,150 % Endmoment, 60 s Anlaufzeit, Strombegrenzung eingestellt auf 400 % Motorbemessungsstrom
• Auslaufart: Freier Auslauf
• Motorschutzeinstellung: CLASS 30, Temperatursensor PTC-Typ A
Sanftstarter
•
3RW44
Schaltungsbeispiel
3RW44 in Standardschaltung mit Ansteuerung über Taster (1a)
Alternativer Abzweigaufbau in der Standardschaltung (1b, 1c)
Steuerstromkreis:
Hauptstromkreis
Möglichkeit 1b:
Möglichkeit 1c:
Hauptstromkreis:
Möglichkeit 1a: Standardschaltung
mit Leistungsschalter und SITORSicherung (reiner Halbleiterschutz).
Mühlen
Möglichkeit 1b: Standardschaltung
mit Ganzbereichssicherung
(Leitungs- und Halbleiterschutz).
Möglichkeit 1c: Standardschaltung
mit Leitungs- und SITOR-Sicherung
(reiner Halbleiterschutz).
Grundlagen der Niederspannungs-Schalttechnik
22 – 29
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