Inselnetze / Notstromversorgung

Wenn ein Elektromotor in einem Inselnetz gestartet wird, dann müssen die einspeisenden Motoren (Diesel, Gas, etc.) und Generatoren kurzzeitig die hohe Anlassleistung des Elektromotors liefern. Die Motor / Generator - Kombinationen müssen für diese kurzzeitig auftretende hohe Belastung ausgelegt werden. Unser Starter reduziert den Anlaufstrom (und damit die Anlassleistung) des zu startenden Elektromotors. Das Inselnetz muss dann nicht mehr auf die volle Anlassleistung der Elektromotoren ausgelegt werden. Dies führt zu einer immensen Ersparnis bei den Investitionen für die Motor / Generator - Kombinationen. In Inselnetzen und bei Notstromversorgungen kommen oft die folgende Maschinen zum Einsatz, für die wir unsere Starter konfigurieren können:

Zentrifugalpumpen

Zentrifugalpumpen haben überlicherweise kein besonders hohes Massenträgheitsmoment. Das Massenträgheitsmoment einer Zentrifugalpumpe bewegt sich meist im Bereich von ca. 20-50% des Massenträgheitsmoments des antreibenden Elektromotors. Daher starten Pumpenantriebe mit einer relativ kurzen Hochlaufzeit von ca. 5-15 Sekunden. Fast alle Zentrifugalpumpen haben einen quadratischen Start-Drehmoment-Verlauf (Gegenmoment). Die Pumpe sollte mit einem geschlossenen Ventil auf der Druckseite gestartet werden. Das sorgt für eine geringe Leistungsaufnahme der Pumpe beim Start. Das Gegenmoment der Pumpe wird reduziert, wodurch sich der Anlaufstrom weiter reduziert. Übliche Anlaufströme beim Start von Zentrifugalpumpen (Ia/In) liegen im Bereich vom ca. 1,5-3 fachen des Motoranlaufstroms bei Direkteinschaltung (IDOL/In). 

 

Im folgenden Diagramm wird eine typische Pumpencharakteristik dargestellt.

Diagramm 01

Der dazugehörige Leistungsverlauf sieht wie folgt aus.                                                

Diagramm 02

 

 

Die Leistungsaufnahme der Pumpe ist also 30 % Ihrer maximalen Leistungsaufnahme, wenn sie mit einem geschlossenen Ventil auf der Druckseite gestartet wird (Volumenstrom Q=0). Die Gegenmomentkennlinie der Pumpe im folgenden Drehmoment-Diagramm zeigt den üblichen quadratischen Verlauf und endet (Drehzahl n/nn = 1) bei einem Drehmomentbedarf der Pumpe von 30 % (entspricht der Leistungsaufnahme der Pumpe).

 

Anlaufberechnung

 

Motorbemessungsleistung   Pn   2.000   kW
Bemessungsspannung   Un   6.000   V
Motorbemessungsstrom   In   250   A
Motoranlaufstrom, Direktstart   Ia   5   × In
Motorbemessungsdrehzahl (synchron)   nn   1.500   upm
Massenträgheitsmomente            
  Motor   JM   80   kgm2
  Angetriebene Maschine   JL   50   kgm2
Anlaufspannung   Us   0,61   × Un
Anlaufzeit   ts   9   s
Diagramm Anlaufzeit
 


Drehmoment

Diagramm Drehmoment

Der Starter startet den Motor mit reduzierter Spannung, 61 % der Bemessungsspannung in diesem Beispiel (Us/Un =0,61). Dabei wird der Drehmomentverlauf des Motors um den Faktor Ts/TDOL = (Us/Un× F)2 reduziert. Ts/TDOL = (0,61 × 0,91)2 = 0,31 (F ist ein motorabhängiger Faktor). Das Drehmoment des Motors muss an jeder Stelle größer sein als das Gegenmoment (Drehmomentbedarf der angetriebenen Maschine). Die Anlaufspannung Us/Un wurde entsprechend festgelegt. Aus der Differenz zwischen dem reduzierten Motordrehmoment Ts und dem Gegenmoment ergibt sich das Beschleunigungsmoment Tb.

 

Anlaufzeit

Die Anlaufzeit ts berechnet sich aus dem Beschleunigungsmoment Tb und dem gesamten Massenträgheitsmoment J = JM + JL = 80 + 50 kgm2 = 120 kgm2.

formel anlaufzeit

 

Strom

Diagramm Strom

Der Motorstrom ist IMot = Us/Un × IDOL × F = 0,61 × 5 × 0,91 = 2,8 × In

Netzseitiger Anlaufstrom:

Bei einem Transformator sind Primär- und Sekundärleistung gleich.
Daraus folgt, daß auch die Produkte aus Strom und Spannung gleich sind.

Un × INetz = Us/Un × IMot => INetz = Us/Un × IMot / Un

INetz = 0,61 × 2,8 = 1,7 × In

Der netzseitige Anlaufstrom ist also deutlich niedriger als der motorseitige. 

Bei anderen Startmethoden (elektronischer Sanftanlasser, Anlaufdrossel, etc.) ist der Netzstrom INetz gleich dem Motorstrom IMot.        
INetz = IMot = 2,8 × In

Das führt bei den anderen Startmethoden zu einem größeren Netzspannungseinbruch. 

 

Sonstige Pumpen

Es gibt eine Vielzahl verschiedener Bauarten und Typen von Pumpen. Für die gängigsten (Zentrifugalpumpe und Kolbenpumpe) haben wir entprechende Detailinformationen zum Startvorgang bereitgestellt. Selbstverständlich können unsere Starter auch weitere Pumpentypen anfahren. Für Angebotserstellung und technische Beratung stehen wir gerne zur Verfügung.

 

Turbokompressoren

Das Massenträgheitsmoment eines Turbokompressors bewegt sich normalerweise zwischen dem 2 und 6-fachen des Massenträgheitsmoments des antreibenden Elektromotors. Die meisten Kompressorenantriebe starten mit Hochlaufzeiten zwischen ca. 20 und 50 Sekunden. Turbokompressoren haben üblicherweise einen quadratischen Anlauf-Drehmomentverlauf. Nahezu alle Turbokompressoren können z.B. durch Verstellung des Leitwerks entlastet angefahren werden. Das sorgt für ein geringeres Gegenmoment (Drehmomentbedarf) des Kompressors, wodurch der Anlaufstrom weiter reduziert werden kann. Übliche Anlaufströme beim Start von Turbokompressoren (Ia/In) liegen im Bereich vom ca. 1,5-2,5 fachen des Motorbemessungsstroms (In). Nachfolgend finden Sie ein typisches Berechnungsbeispiel.
Beim Start von Turbokompressoren muss darauf geachtet werden, dass die kritische Drehzahl schnell genug durchlaufen wird, da es sonst zu mechanischen Schwingungsproblemen kommen kann.

 

Motorbemessungsleistung   Pn   2.000   kW
Bemessungsspannung   Un   6.000   V
Motorbemessungsstrom   In   250   A
Motoranlaufstrom, Direktstart   Ia   5   × In
Motorbemessungsdrehzahl (synchron)   nn   1.500   upm
Massenträgheitsmomente            
  Motor   JM   80   kgm2
  Kompressor   JL   300   kgm2
Anlaufspannung   Us   0,57   × Un
Anlaufzeit   ts   30   s
Diagramm Anlaufzeit
 


Drehmoment

Diagramm Drehmoment

Der Starter startet den Motor mit reduzierter Spannung, 57 % der Bemessungsspannung in diesem Beispiel (Us/Un = 0,57). Dabei wird der Drehmomentverlauf des Motors um den Faktor Ts/TDOL = (Us/Un × F)2 reduziert. Ts/TDOL = (0,57 × 0,91)2 = 0,27 (F ist ein motorabhängiger Faktor). Das Drehmoment des Motors muss an jeder Stelle größer sein als das Gegenmoment. Die Anlaufspannung Us/Un wurde entsprechend festgelegt. Aus der Differenz zwischen dem reduzierten Motordrehmoment Ts und dem Gegenmoment ergibt sich das Beschleunigungsmoment Tb.

 

Anlaufzeit

Die Anlaufzeit ts berechnet sich aus dem Beschleunigungsmoment Tb und dem gesamten Massenträgheitsmoment J = JM + JL = 80 + 300 kgm2 = 380 kgm2.

formel anlaufzeit

 

Strom

Diagramm Strom

Der Motorstrom ist IMot = Us/Un × IDOL × F = 0,57 × 5 × 0,91 = 2,6 × In

Netzseitiger Anlaufstrom:

Bei einem Transformator sind Primär- und Sekundärleistung gleich.
Daraus folgt, daß auch die Produkte aus Strom und Spannung gleich sind.

Un × INetz = Us/Un × IMot => INetz = Us/Un × IMot / Un

INetz = 0,57 × 2,6 = 1,5 × In

Der netzseitige Anlaufstrom ist also deutlich niedriger als der motorseitige. 

Bei anderen Startmethoden (elektronischer Sanftanlasser, Anlaufdrossel, etc.) ist der Netzstrom INetz gleich dem Motorstrom IMot.        
INetz = IMot = 2,6 × In

Das führt bei den anderen Startmethoden zu einem größeren Netzspannungseinbruch. 

 

Schraubenkompressoren

Schraubenkompressoren werden unter anderem als Kältekompressoren bei der Klimatisierung eingesetzt. Das Massenträgheitsmoment eines Schraubenkompressors ist üblicherweise deutlich kleiner als das Massenträgheitsmoments des antreibenden Elektromotors. Die meisten Schraubenkompressoren starten mit Hochlaufzeiten zwischen ca. 10 und 20 Sekunden. Die Schraubenkompressoren können entlastet angefahren werden. Das sorgt für ein geringeres Gegenmoment (Drehmomentbedarf) des Kompressors, wodurch der Anlaufstrom weiter reduziert werden kann. Übliche Anlaufströme beim Start von Schraubenkompressoren (Ia/In) liegen im Bereich vom ca. 1,5-3 fachen des Motorbemessungsstroms (In). Nachfolgend finden Sie ein typisches Berechnungsbeispiel.

 

Motorbemessungsleistung   Pn   2.000   kW
Bemessungsspannung   Un   6.000   V
Motorbemessungsstrom   In   250   A
Motoranlaufstrom, Direktstart   Ia   5   × In
Motorbemessungsdrehzahl (synchron)   nn   3.000   upm
Massenträgheitsmomente            
  Motor   JM   45   kgm2
  Kompressor   JL   8   kgm2
Anlaufspannung   Us   0,63   × Un
Anlaufzeit   ts   17   s
Diagramm Anlaufzeit
 


Drehmoment

Diagramm Drehmoment

Der Starter startet den Motor mit reduzierter Spannung, 63 % der Bemessungsspannung in diesem Beispiel (Us/Un = 0,63). Dabei wird der Drehmomentverlauf des Motors um den Faktor Ts/TDOL = (Us/Un × F)2 reduziert. Ts/TDOL = (0,63 × 0,91)2 = 0,33 (F ist ein motorabhängiger Faktor). Das Drehmoment des Motors muss an jeder Stelle größer sein als das Gegenmoment. Die Anlaufspannung Us/Un wurde entsprechend festgelegt. Aus der Differenz zwischen dem reduzierten Motordrehmoment Ts und dem Gegenmoment ergibt sich das Beschleunigungsmoment Tb.

 

Anlaufzeit

Die Anlaufzeit ts berechnet sich aus dem Beschleunigungsmoment Tb und dem gesamten Massenträgheitsmoment J = JM + JL = 45 + 8 kgm2 = 53 kgm2.

formel anlaufzeit

 

Strom

Diagramm Strom

Der Motorstrom ist IMot = Us/Un × IDOL × F = 0,63 × 5 × 0,91 = 2,9 × In

Netzseitiger Anlaufstrom:

Bei einem Transformator sind Primär- und Sekundärleistung gleich.
Daraus folgt, daß auch die Produkte aus Strom und Spannung gleich sind.

Un × INetz = Us/Un × IMot => INetz = Us/Un × IMot / Un

INetz = 0,63 × 2,9 = 1,8 × In

Der netzseitige Anlaufstrom ist also deutlich niedriger als der motorseitige. 

Bei anderen Startmethoden (elektronischer Sanftanlasser, Anlaufdrossel, etc.) ist der Netzstrom INetz gleich dem Motorstrom IMot.        
INetz = IMot = 2,9 × In

Das führt bei den anderen Startmethoden zu einem größeren Netzspannungseinbruch. 

 

Sonstige Kompressoren

Es gibt eine Vielzahl verschiedener Bauarten und Typen von Kompressoren. Für die gängigsten (Turbokompressor, Schraubenkompressor und Kolbenkompressor) haben wir entprechende Detailinformationen zum Startvorgang bereitgestellt. Selbstverständlich können unsere Starter auch weitere Kompressorentypen anfahren. Für Angebotserstellung und technische Beratung stehen wir gerne zur Verfügung.

 

Bugstrahlruder

Bug- und Heckstrahlruder haben üblicherweise geringe Massenträgheitsmomente. Das Massenträgheitsmoment eines Strahlruders ist normalerweise etwas kleiner als das Massenträgheitsmoment des antreibenden Elektromotors. Daher starten die meisten Bugstrahlruder mit einer relativ kurzen Hochlaufzeit. Die üblichen Anlaufzeiten bewegen sich zwischen ca. 5 und 10 Sekunden. Strahlruder haben meist einen quadratischen Anlauf-Drehmomentverlauf. Viele Strahlruder können mit Hilfe der Winkelverstellung des Propellers (pitch control) entlastet gestartet werden. Das sorgt für ein sehr geringeres Gegenmoment (Drehmomentbedarf) des Bugstrahlruders, wodurch der Anlaufstrom sehr weit reduziert werden kann. Übliche Anlaufströme beim Start von Strahlrudern (Ia/In) bewegen sich zwischen dem ca. 1 und 2 fachen des Motorbemessungsstroms (In). Nachfolgend finden Sie ein typisches Berechnungsbeispiel.

 

Motorbemessungsleistung   Pn   2.000   kW
Bemessungsspannung   Un   6.000   V
Motorbemessungsstrom   In   250   A
Motoranlaufstrom, Direktstart   Ia   5   x In
Motorbemessungsdrehzahl (synchron)   nn   1.000   upm
Massenträgheitsmomente            
  Motor   JM   150   kgm2
  Strahlruder   JL   70   kgm2
Anlaufspannung   Us   0,5   x Un
Anlaufzeit   ts   9   s
Diagramm Anlaufzeit
 


Drehmoment

Diagramm Drehmoment

Der Starter startet den Motor mit reduzierter Spannung, 50 % der Bemessungsspannung in diesem Beispiel (Us/Un =0,5). Dabei wird der Drehmomentverlauf des Motors um den Faktor Ts/TDOL = (Us/Un × F)2 reduziert. Ts/TDOL = (0,5 × 0,9)2 = 0,2 (F ist ein motorabhängiger Faktor). Das Drehmoment des Motors muss an jeder Stelle größer sein als das Gegenmoment. Die Anlaufspannung Us/Un wurde entsprechend festgelegt. Aus der Differenz zwischen dem reduzierten Motordrehmoment Ts und dem Gegenmoment ergibt sich das Beschleunigungsmoment Tb.

 

Anlaufzeit

Die Anlaufzeit ts berechnet sich aus dem Beschleunigungsmoment Tb und dem gesamten Massenträgheitsmoment J = JM + JL = 150 + 70 kgm2 = 220 kgm2.

formel anlaufzeit

 

Strom

Diagramm Strom

Der Motorstrom ist IMot = Us/Un x IDOL x F = 0,5 × 5 × 0,9 = 2,25 × In

Netzseitiger Anlaufstrom:

Bei einem Transformator sind Primär- und Sekundärleistung gleich.
Daraus folgt, daß auch die Produkte aus Strom und Spannung gleich sind.

Un × INetz = Us/Un × IMot => INetz = Us/Un × IMot / Un

INetz = 0,5 × 2,25 = 1,1 × In

Der netzseitige Anlaufstrom ist also deutlich niedriger als der motorseitige. 

Bei anderen Startmethoden (elektronischer Sanftanlasser, Anlaufdrossel, etc.) ist der Netzstrom INetz gleich dem Motorstrom IMot.        
INetz = IMot = 2,25 × In

Das führt bei den anderen Startmethoden zu einem größeren Netzspannungseinbruch. 

 

Schiffshauptantriebe

Schiffshauptantriebe haben üblicherweise geringe Massenträgheitsmomente. Das Massenträgheitsmoment eines Schiffsantriebs ist normalerweise etwas kleiner als das Massenträgheitsmoment des antreibenden Elektromotors. Daher starten die meisten Schiffshauptantriebe mit einer relativ kurzen Hochlaufzeit. Die üblichen Anlaufzeiten bewegen sich zwischen ca. 5 und 10 Sekunden. Schiffsantriebe haben einen quadratischen Anlauf-Drehmomentverlauf. Nur bei Schiffshauptantrieben, die mit Hilfe der Winkelverstellung des Propellers (pitch control) entlastet gestartet werden können, kann mit dem Starter eine effektive Absenkung des Anlaufstroms erreicht werden. Wenn eine Winkelverstellung des Propellers möglich ist, dann bewegen sich übliche Anlaufströme beim Start von Hauptantrieben (Ia/In) zwischen dem ca. 1 und 2 fachen des Motorbemessungsstroms (In). Nachfolgend finden Sie ein typisches Berechnungsbeispiel.

 

Motorbemessungsleistung   Pn   4.000   kW
Bemessungsspannung   Un   6.000   V
Motorbemessungsstrom   In   500   A
Motoranlaufstrom, Direktstart   Ia   5   × In
Motorbemessungsdrehzahl (synchron)   nn   1.000   upm
Massenträgheitsmomente            
  Motor   JM   300   kgm2
  Schiffsantrieb   JL   140   kgm2
Anlaufspannung   Us   0,5   × Un
Anlaufzeit   ts   9   s
Diagramm Anlaufzeit
 


Drehmoment

Diagramm Drehmoment

Der Starter startet den Motor mit reduzierter Spannung, 50 % der Bemessungsspannung in diesem Beispiel (Us/Un = 0,5). Dabei wird der Drehmomentverlauf des Motors um den Faktor Ts/TDOL = (Us/Un × F)2 reduziert. Ts/TDOL = (0,5 × 0,9)2 = 0,2 (F ist ein motorabhängiger Faktor). Das Drehmoment des Motors muss an jeder Stelle größer sein als das Gegenmoment. Die Anlaufspannung Us/Un wurde entsprechend festgelegt. Aus der Differenz zwischen dem reduzierten Motordrehmoment Ts und dem Gegenmoment ergibt sich das Beschleunigungsmoment Tb.

 

Anlaufzeit

Die Anlaufzeit ts berechnet sich aus dem Beschleunigungsmoment Tb und dem gesamten Massenträgheitsmoment J = JM + JL = 300 +140 kgm2 = 440 kgm2.

formel anlaufzeit

 

Strom

Diagramm Strom

Der Motorstrom ist IMot = Us/Un × IDOL × F = 0,5 × 5 × 0,9 = 2,25 × In

Netzseitiger Anlaufstrom:

Bei einem Transformator sind Primär- und Sekundärleistung gleich.
Daraus folgt, daß auch die Produkte aus Strom und Spannung gleich sind.

Un × INetz = Us/Un × IMot => INetz = Us/Un × IMot / Un

INetz = 0,5 × 2,25 = 1,1 × In

Der netzseitige Anlaufstrom ist also deutlich niedriger als der motorseitige. 

Bei anderen Startmethoden (elektronischer Sanftanlasser, Anlaufdrossel, etc.) ist der Netzstrom INetz gleich dem Motorstrom IMot.        
INetz = IMot = 2,25 × In

Das führt bei den anderen Startmethoden zu einem größeren Netzspannungseinbruch. 

 

Sonstige Maschinen

Es gibt eine Vielzahl verschiedener Maschinen, die von Elektromotoren angetrieben werden. Für die gängigsten Maschinen haben wir entprechende Detailinformationen zum Startvorgang bereitgestellt. Selbstverständlich können unsere Starter auch weitere Arten von Maschinen anfahren. Für Angebotserstellung und technische Beratung stehen wir gerne zur Verfügung.

 

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