Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Seite 2

Allgemein

2-2

Grundlagen

2-6

Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4

2-20

2

Generelle Anschlussarten Softstarter DM4 2-38 Frequenzumrichter-Montage

2-54

EMV-gerechter Anschluss von Frequenzumrichtern

2-55

Frequenzumrichter DF5

2-60

Frequenzumrichter DF5, DV5

2-64

Vektor-Frequenzumrichter DV5

2-66

Frequenzumrichter DF6

2-68

Vektor-Frequenzumrichter DV6

2-70

System Rapid Link

2-72

2-1

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Elektronische Motorstarter und Drives Allgemein Allgemein Eine Antriebsaufgabe erfordert zunächst einen Antriebsmotor, dessen Eigenschaften hinsichtlich Drehzahl, Drehmoment und Regelbarkeit in Einklang mit der gestellten Aufgabe stehen. 2

2

Der weltweit am häufigsten eingesetze Motor ist der Drehstrom-Asynchronmotor. Der robuste und einfache Aufbau sowie hohe Schutzarten und standardisierte Bauformen sind Merkmale des preiswertesten und gebräuchlichsten Elektromotors.

tung kann durch den Wechsel zweier Anschlussklemmen umgekehrt werden n =

f ⫻ 60 p

n = Umdrehung pro Minute f

= Frequenz der Spannung in Hz

p = Polpaarzahl Beispiel: 4-poliger Motor (Polpaarzahl = 2) Netzfrequenz = 50 Hz n = 1500 min-1 (synchrone Drehzahl)

Charaktereristisch für den Drehstrommotor sind die Anlaufkennlinien, mit Anzugsmoment MA, Kippmoment MK und Nennmoment MN.

P =

M⫻n 9550

P = Welleleistung in kW I IN

MA

M = Drehmoment in Nm

MK

n = Drehzahl in min-1

M MN

M I M N IN y MN

0

n/ns

Beim Drehstrommotor sind drei Wicklungsstränge, um je 120°/p (p = Polpaarzahl) gegeneinander versetzt, angeordnet. Durch Aufschalten einer um je 120° zeitlich verschobenen Spannung, wird im Motor ein Drehfeld erzeugt. Durch Induktionswirkung werden in der Läuferwicklung Drehfeld und Drehmoment erzeugt. Die Drehzahl des Motors ist dabei abhängig von der Polpaarzahl und der Frequenz der speisenden Spannung. Die Drehrich2-2

Die elektrischen und mechanischen Nenndaten des Motors sind im Typenschild dokumentiert. Motor & Co GmbH Typ 160 l Nr. 12345-88 3 ~ Mot. Dy S1

230/400 V 48/28 A 15 kW y 0,90 1430 U/min 50 Hz Iso.-Kl. F IP 54 t IEC34-1/VDE 0530

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Elektronische Motorstarter und Drives Allgemein Der elektrische Anschluss des Drehstrom-Asynchronmotors erfolgt in der Regel über sechs Anschlussbolzen. Dabei unterscheidet man zwei Grundschaltungsarten, die Stern- und die Dreiecksschaltung.

W2

U2

V2

2 U1

Dreieckschaltung

V1

W1

Sternschaltung

W2

U2

V2

W2

U2

V2

U1

V1

W1

U1

V1

W1

L1

L2

L1

L2 U2

L1

L3

L3

L1

L2 L2

L3 L3

V1

V1

V2 U2

W2

V2 U1 U1

W2

W1

W1

In der Betriebsschaltung muss die Bemessungsspannung des Motors mit der Netzspannung übereinstimmen.

2-3

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Elektronische Motorstarter und Drives Allgemein Zu den wichtigsten Start- und Betriebsverfahren für Drehstrom-Asynchronmotoren gehören:

2

Stern-Dreieck-Schaltung (elektromechanisch)

M 3h

Softstarter und Halbleiterschütz (elektronisch)

M 3h

My ~ l Md

M ~ U2

n = konstant

n = konstant

D

IN

IN

MN

MN

y

nN

2-4

nN

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Elektronische Motorstarter und Drives Allgemein

Frequenzumrichter (elektronisch)

2

M 3h

M ~ U/f n = variabel

IN

MN

n0

n1

n2 ...

nN ...

nmax

2-5

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Elektronische Motorstarter und Drives Grundlagen Antriebstechnik und Leistungselektronik

2

Die Geräte der Leistungselektronik dienen der stufenlosen Anpassung physikalischer Größen, z. B. Drehzahl oder Drehmoment, an den Fertigungsprozess. Dem speisenden, elektrischen Netz wird dazu Energie entnommen, im Betriebsmittel der Leistungselektronik aufbereitet und dem Verbraucher (Motor) zugeführt. Halbleiterschütze Halbleiterschütze ermöglichen ein schnelles und lautloses Schalten von Drehstrommotoren und ohmschen Lasten. Das Einschalten erfolgt dabei automatisch zum optimalen Zeitpunkt und unterdrückt unerwünschte Strom- und Spannungsspitzen. Softstarter Sie steuern die Netzspannung in einer einstellbaren Zeit auf 100 %. Der Motor startet nahezu ruckfrei. Die Spannungsreduzierung führt zu einer qudratischen Drehmomentreduzierung in Bezug auf das normale Startmoment des Motors. Softstarter eignen sich daher besonders für den Start von Lasten mit quadratischem Drehzahl- oder Drehmomentverlauf (z. B. Pumpen oder Lüfter). Frequenzumrichter Frequenzumrichter wandeln das Wechseloder Drehstromnetz mit konstanter Spannung und Frequenz in ein neues, dreiphasiges Netz um, mit variabler Spannung und variabler Frequenz. Diese Spannungs-/Frequenzsteuerung ermöglicht die stufenlose Drehzahlregelung von Drehstrommotoren. Der Antrieb kann mit Nennmoment auch bei kleinen Drehzahlen betrieben werden. 2-6

Vektor-Frequenzumrichter Während beim Frequenzumrichter der Drehstrommotor durch ein kennliniengeregelte U/f-Verhältnis (Spannung/Frequenz) gesteuert wird, erfolgt dies beim Vektor-Frequenzumrichter durch eine sensorlose, flussorientierte Regelung des Magnetfeldes im Motor. Regelgröße ist hierbei der Motorstrom. Dadurch wird das Drehmoment optimal für anspruchsvolle Anwendungen (Misch- und Rührwerke, Extruder, Transport- und Fördereinrichtungen) geregelt.

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Elektronische Motorstarter und Drives Grundlagen Antriebstechnik bei Moeller Bezeichnung

Typ

Bemessungsstrom

Netzanschlussspannung

zugeordnete Motorleistung

[A]

[V]

[kW]

2

Halbleiterschütz für ohmsche und induktive Last Softstarter Softstarter mit Drehrichtungsumkehr Softstarter mit Bypassrelais Softstarter mit Bypassrelais und Drehrichtungsumkehr Softstarter (Anschlussart „In-Linie“) Softstarter (Anschlussart „In-Delta“) Frequenzumrichter

DS4-140-H

10–50

1 AC 110–500

–

DS4-340-M DS4-340-MR

6–23 6–23

3 AC 110–500 3 AC 110–500

2,2 –11 (400 V) 2,2 –11 (400 V)

DS4-340-MX

16–57

3 AC 110–500

7,5–30 (400 V)

DS4-340-MX R

16–46

3 AC 110–500

7,5–22 (400 V)

DM4-340...

16–900

3 AC 230–460

7,5–500 (400 V)

DM4-340...

16–900

3 AC 230–460

11–900 (400 V)

DF5-322...

1,4–10

0,18–2,2 (230 V)

Frequenzumrichter Frequenzumrichter Vektor-Frequenzumrichter

DF5-340... DF6-340... DV5-322...

1,5–16 22–230 1,4–11

Vektor-Frequenzumrichter Vektor-Frequenzumrichter

DV5-340...

1,5–16

1 AC 230 3 AC 230 3 AC 400 3 AC 400 1 AC 230 3 AC 230 3 AC 400

DV6-340...

2,5–260

3 AC 400

0,75–132 (400 V)

0,37–7,5 (400 V) 11–132 (400 V) 0,18–2,2 (230 V) 0,37–7,5 (400 V)

2-7

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Grundlagen

2 Halbleiterschütz DS4-...

Frequenzumrichter DF5-... Vektor-Frequenzumrichter DV5-...

Frequenzumrichter DF6-320-... Vektor-Frequenzumrichter DV6-320-...

Softstarter DM4-...

2-8

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Elektronische Motorstarter und Drives Grundlagen Antriebstechnik und Leistungselektronik Direkter Start Im einfachsten Fall und besonders bei kleinen Leistungen (bis etwa 2,2 kW), wird der Drehstrommotor direkt an Netzspannung geschaltet. Dies erfolgt in den meisten Anwendungen mit einem elektromechanischen Schütz.

M/MN

I/Ie

In dieser Betriebsart – am Netz mit fester Spannungen und Frequenz – liegt die Drehzahl des Asynchronmotors nur wenig unter der syn-

chronen Drehzahl [nd ~ f]. Die Betriebsdrehzahl [n] weicht davon ab, weil der Läufer gegenüber dem Drehfeld schlüpft: [n = nd x (1 – s)], mit dem Schlupf [s = (nd – n)/nd]. Beim Anlauf (s = 1) tritt dabei ein hoher Anlaufstrom auf – bis zum zehnfachen des Bemessungsstromes Ie.

7 6

2

5 4

ML

1 3 2 1

0.25

0.5

0.75

1

0.25

0.5

0.75

I/Ie: 6...10

Merkmale des Direktstartes • für Drehstrommotoren kleiner und mittlerer Leistung • drei Anschlussleitungen (Schaltungsart: Stern oder Dreieck) • hohes Anlaufmoment • sehr hohe mechanische Belastung • hohe Stromspitzen • Spannungseinbrüche

1

n/nN

n/nN M/MN: 0.25...2.5

• einfache Schaltgeräte Bestehen seitens des Kunden die Forderungen des häufigen und/oder lautlosen Schaltens oder führen aggressive Umgebungsbedingungen zu einem begrenzten Einsatz der elektromechanischen Schaltelementen, dann sind hier elektronische Halbleiterschütze erforderlich. Beim Halbleiterschütz muss neben Kurzschluss und Überlastschutz auch der Halbleiterschutz durch eine überflinke Sicherung 2-9

2

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Elektronische Motorstarter und Drives Grundlagen

2

betrachtet werden. Gemäß IEC/EN 60947 ist bei Zuordnungsart 2 eine überflinke Halbleitersicherung erforderlich. Bei Zuordnungsart 1 – den meisten Anwendungsfällen – kann auf die überflinke Halbleitersicherung verzichtet werden. So zum Beispiel in der Gebäudetechnik: als Wendeantrieb bei Aufzugstüren, zum Start von Kühlaggregaten und bei Transportbändern im Kassenbereich oder im Bereich kritischer Atmosphären (Ex): zur Steuerung von Pumpenmotoren in Zapfsäulen von Tankanla-

gen oder bei der Lack- und Farbverarbeitung. Weitere Anwendungen finden sich auch bei nichtmotorischen Lasten wie Heizelemente in Extrudern oder Backöfen und die Steuerung von Leuchtmitteln.

Sternschaltung

Dreieckschaltung

W1

L3

Motorstart im Stern-Dreieck Das Starten von Drehstrommotoren in der Stern-Dreieck-Schaltung ist die wohl bekannteste und weit verbreitete Variante.

L3 V2

L2

V1

W2 V2

ULN

U2

ULN

L1

U1 ILN

ULN = W3 x UW

ILN = IW

W1

U2

W2

L1 ILN ULN = UW

U1 ILN = W3 x IW

U1

V1

W1

U1

V1

W1

W2

U2

V2

W2

U2

V2

Mit der komplett ab Werk verdrahteten Stern-Dreieck-Kombination SDAINL bietet Moeller hier eine komfortable Motorsteuerung an. Der Kunde spart damit teure Verdrahtungs- und Montagezeit ein und eliminiert mögliche Fehlerquellen

2-10

V1 L2

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Grundlagen 2

7

M/MN

I/Ie

.

6 5

2

4

ML

1 3 2 1

0.25

0.5

0.75

1

0.25

0.5

I/Ie: 1.5...2.5

0.75

1

n/nN

n/nN M/MN: 0.5

Merkmale Stern-Dreieck-Starter • für Drehstrommotoren kleiner bis hoher Leistung • reduzierter Anlaufstrom • sechs Anschlussleitungen • reduziertes Anlaufmoment • Stromspitze beim Umschalten von Stern auf Dreieck • mechanische Belastung beim Umschalten von Stern auf Dreieck

2-11

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Elektronische Motorstarter und Drives Grundlagen Motorschutz

2

Drehstrommotor und Leitungen müssen auch gegen Kurzschluss und Überlast geschützt werden. Bereits 1932 stellte Moeller (Klöckner-Moeller) das erste Motorschutzrelais vor, dessen Typenbezeichnung zum Markenzeichen und zum Synonym für den Motorschutz wurde: PKZ (...). Seitdem haben immer wieder neue Moeller-Entwicklungen die Trends im Motorschutz mitbestimmt. Jüngstes Beispiel ist das Motorschutzsystem ZEV, bestehend aus einem Durchsteckwandler und einem Auslösegerät mit Display. Hier muss der Motorschutz nicht mehr elektrisch in den Lastkreis integriert werden. Die Stromerfassung erfolgt mit Sensorgürteln – nach dem Rogowski-Prinzip – die um die Motorleitungen gelegt werden. Das Auslösegerät ermöglicht neben der indirekten Motorstrommessung die Temperaturmessung über in der Motorwicklung integrierte Thermistoren (PTC-Fühler) sowie die Phasenausfall-, Stromunsymmetrie- und Erdschlussüberwachung.

2-12

Motorstarter Motorstarter sind eine Kombination von Schütz, Motor- und Leitungsschutz. Mit dem Lastabgangssystem KLAS bietet Moeller einen komplett verdrahteten, anschlussfertigen Direkt- und Wendestarter an. Er ist zudem über ein AS-Interface vernetzbar und als anschlussfertiges Installationsgerät in einem IP65-Gehäuse erhältlich. Eine Erfolgskombination für unterschiedlichste Anwendungen.

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Elektronische Motorstarter und Drives Grundlagen Softstarter (Elektronischer Motorstart) Wie die Kennlinien bei Direkt- und Stern-Dreieck-Start zeigen, treten Strom- bzw. Momentensprünge auf, die besonders bei mittleren und hohen Motorleistungen negative Einflüsse bedeuten: hohe mechanische Belastung der Maschine schnellerer Verschleiß höhere Servicekosten hohe Bereitstellungskosten durch die EVU’s (Spitzenstromberechnung) • hohe Netz- bzw. Generatorlast • Spannungseinbrüche, die sich negativ auf andere Verbraucher auswirken.

2

7

M/MN

I/Ie

• • • •

Gewünscht wird ein stoßfreier Drehmomentenanstieg und eine gezielte Stromreduzierung in der Startphase. Dies ermöglicht der elektronische Softstarter. Er steuert stufenlos die Versorgungsspannung des Drehstrommotors in der Startphase. Dadurch wird der Drehstrommotor an das Lastverhalten der Arbeitsmaschine angepasst und schonend beschleunigt. Mechanische Schläge werden vermieden, Stromspitzen unterdrückt und die klassische Stern-Dreieck-Funktionen einfach ersetzt.

6 5 4

ML

1 3 2 1

0.25

0.5

0.75

1

0.25

0.5

0.75

I/Ie: 1...5

Merkmale Softstarter • für Drehstrommotoren kleiner bis hoher Leistung • keine Stromspitzen • wartungsfrei

1

n/nN

n/nN M/MN: 0.15...1

• reduziertes einstellbares Anlaufmoment Hochwertige Softstarter wie DM4 lassen sich heute an die Anforderungen der jeweiligen Applikation anpassen und ermöglichen neben den typischen Pumpen- und Lüfteranwendun2-13

2

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Elektronische Motorstarter und Drives Grundlagen gen auch den Betrieb von Transport- und Fördereranlage, Kompressor, Kreis- und Bandsäge, Rührwerk und Mischer und sogar den Schweranlauf bei Mühle und Brecher.

2

Für zehn typische Anwendungen sind bereits entsprechend eingestellte Parametersätze einfach über einen Wahlschalter abrufbar. Weitere anlagenspezifische Parametereinstellungen können über eine optional erhältliche Bedieneinheit individuell angepasst werden. Zum Beispiel die Betriebsart Drehstromsteller: In dieser Betriebsart können mit DM4 dreiphasige ohmsche- und induktive Lasten – Heizungen, Beleuchtungen, Transformatoren – gesteuert und mit Istwertrückführung (geschlossener Regelkreis) auch geregelt werden. An Stelle der Bedieneinheit können auch intelligente Schnittstellen aufgesteckt werden: • serielle Schnittstelle RS 232/RS 485 (Parametrierung über PC-Software) • Feldbusanschaltung Suconet K (Schnittstelle auf jeder Moeller SPS) • Feldbusanschaltung PROFIBUS-DP Softstarter DM4 ermöglicht den Sanftanlauf in seiner komfortabelsten Form. So kann auf zusätzliche, externe Komponenten wie Motorschutzrelais verzichtet werden, da neben der Phasenausfallüberwachung und der internen Motorstrommessung, auch die Temperaturmessung in der Motorwicklung über den integrierten Thermistoreingang ausgewertet wird. DM4 erfüllt die Produktnorm IEC/EN 60 947-4-2. Beim Softstarter führt das Absenken der Spannung zur Reduzierung der hohen Anlaufströme beim Drehstrommotor; allerdings sinkt damit auch das Drehmoment: [IAnlauf ~ U] und [M ~ U2]. Zudem erreicht der Motor bei allen bisher 2-14

vorgestellten Lösungen nach erfolgtem Start die auf dem Leistungsschild gestempelte Drehzahl. Für den Motorstart mit Nennmoment und/oder den Betrieb mit, von der Netzfrequenz unabhängigen Drehzahlen, ist ein Frequenzumrichter erforderlich.

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Elektronische Motorstarter und Drives Grundlagen Vektor-Frequenzumrichter Die allgemeine Ausweitung der Automatisierung führt auch in der Antriebstechnik zu intelligenten dezentralen Antriebsmodulen, die mit Feldbussystemen vernetzbar sind. Die rein mechanischen Verstellmöglichkeiten der Drehzahl (z. B. Stellgetriebe) und die stufigen Ver-

fahren (z. B. Polumschaltung bei Asynchronmotoren) verlieren an Bedeutung; auch wenn sie elektronisch gestartet werden. Variable, drehzahlveränderbare Antriebslösungen kennzeichen in allen Bereichen die Innovationen der Antriebstechnik.

Energiefluss

U, f, I

U, f, (I)

variabel

konstant Netz

Elektronisches Stellglied Pel = U x I x √3 x y

F M 3~

M, n

m

v J

Motor I ~ M f ~ n

Last

PL =

Mxn 9550

Der Frequenzumrichter wandelt die konstante Spannung und Frequenz des speisenden Netzes in eine Gleichspannung um. Aus dieser Gleichspannung erzeugt er für den Drehstrommotor ein neues, dreiphasiges Netz mit variabler Spannung und variabler Frequenz. Dabei entnimmt der Frequenzumrichter dem speisenden Netz fast nur Wirkleistung (cos v ~ 1) – die für den Motorbetrieb erforderliche Blindleistung liefert der Gleichspannungszwischenkreis. Somit kann auf netzseitige cos v-Kompensationseinrichtungen verzichtet werden

2-15

2

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Grundlagen 2

M/MN

I/Ie

.

7 6 5

2

4

ML

1 3 2 1

0.25

0.5

0.75

1

0.25

0.5

0.75

I/Ie: 0...1.8

Merkmale Frequenzumrichter (allgemein) • für Drehstrommotoren bis 132 kW • hohes Anlaufmoment • konstantes Drehmoment im Nennbereich des Motors • keine Stromspitzen • stufenlose Drehzahlsteuerung durch Spannungs-/Frequenzregelung (U/f) • Wartungsfrei • EMV-Maßnahmen (Optionen: Funkentstörfilter, abgeschirmte Motorleitung) Zusätzliche Merkmale der sensorlosen Vektorregelung • stufenlose Drehmomentregelung, auch bei Drehzahl null • geringe Drehmomentenregelzeit • höhere Rundlaufgüte und Drehzahlkonstanz

2-16

1

n/nN

n/nN M/MN: 0.1...1.5

• Drehzahlregelung (Optionen: Reglerbaugruppe, Impulsgeber) Die Frequenzumrichter der Reihen DF5, DF6 und DV5, DV6 sind werksseitig für die zugeordnete Motorleistung eingestellt. So kann jeder Anwender nach der Installation den Antrieb sofort starten. Individuelle Einstellungen können über die interne Bedieneinheit angepasst werden. In abgestuften Ebenen können verschiedene Betriebsarten angewählt und parametriert werden. Zum Beispiel Frequenzsteuerung über U/f-Kennlinie, für einfache Anwendungen mit linearer und quadratischer Lastkennlinie sowie hohem Gleichlauf beim Parallelbetrieb mehrerer Motoren im Ausgang. Oder beim Frequenzumrichter DV5, DV6 die feldorientierte Vektorregelung als Frequenz- oder Drehmomentregelung für sehr dynamische Antriebe oder hohe Lasten. Für Anwendungen

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Grundlagen mit Druck- und Durchflussregelung steht bei allen Geräten ein interner PID-Regler zur Verfügung, der anlagenspezifisch eingestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil der Frequenzumrichter ist der Verzicht auf zusätzliche, externe Komponenten zur Überwachung bzw. zum Motorschutz. Auf der Netzseite ist nur eine Sicherung bzw. ein Schutzschalter (PKZ) für den Leitungs- und Kurzschlussschutz erforderlich.

a

b

Die Ein- und Ausgänge der Frequenzumrichter werden geräteintern durch Mess- und Regelkreise überwacht, z. B. Übertemperatur, Erdschluss, Kurzschluss, Motorüberlast, Motorblockade und Keilriemenüberwachung. Auch die Temperaturmessung in der Motorwicklung kann über einen Thermistoreingang in den Überwachungskreis des Frequenzumrichters eingebunden werden.

c

IGBT

L1, L1 M 3~

L2, N L3

d a Gleichrichter b Gleichspannungszwischenkreis

c Wechselrichter d Steuerung/Regelung

Funktionsweise Heute ist der frequenzgeregelte Drehstrommotor ein Standardbaustein zur stufenlosen Drehzahl- und Drehmomentregelung, energiesparend und wirtschaftlich, als Einzelantrieb oder als Teil einer automatisierten Anlage. Die Möglichkeiten einer individuellen bzw. anlagenspezifischen Zuordnung wird dabei durch die Ausprägung der Wechselrichter und die Modulationsverfahren bestimmt.

Modulationsverfahren der Wechselrichter Der Wechselrichter besteht vereinfacht dargestellt aus sechs elektronischen Schaltern und ist heute mit IGBT’s (Insulated Gate Bipolar Transistor) aufgebaut. Der Steuerkreis schaltet diese IGBT's nach verschiedenen Prinzipien (Modulationsverfahren) ein und aus und ändert damit die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters.

2-17

2

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Grundlagen

2

Sensorlose Vektorregelung Über den Steueralgorithmus werden die PWM-Schaltmuster (Puls-Weiten-Modulation) für den Wechselrichter berechnet. Bei der Spannungsvektorsteuerung werden die Amplitude und die Frequenz des Spannungsvektors in Abhängigkeit von Schlupf und Laststrom gesteuert. Dies ermöglicht weite Drehzahlstellbereiche und hohe Drehzahlgenauigkeiten ohne Drehzahlrückführung. Dieses Steuerverfahren (U/f-Steuerung) wird bevorzugt beim Parallelbetrieb mehrerer Motoren an einem Frequenzumrichter. Bei der flussgeregelten Vektorsteuerung wird aus den gemessenen Motorströmen die Wirkund Blindstromkomponente berechnet, mit den Werten des Motormodells verglichen und gegebenenfalls korrigiert. Die Amplitude, die Frequenz und der Winkel des Spannungsvektors werden direkt gesteuert. Dies ermöglicht den Betrieb an der Stromgrenze, weite Drehzahlstellbereiche und hohe Drehzahlgenauigkeiten. Die dynamische Leistung des Antriebes überzeugt besonders bei niedrigen Drehzahlen, z. B. Hubwerke, Wickler. Der große Vorteil der sensorlosen Vektortechnologie liegt in der Regelung des Motorflusses auf einen Wert, der dem Nennfluss des Motors entspricht. Dadurch wird auch bei Drehstromasynchronmotoren eine dynamische Drehmomentregelungen wie bei Gleichstrommotoren möglich.

2-18

X1

R1

X'2

i1

iw

im

u1

a

Xh

b

b

c

o i1

im~ V

R'2 / s

iw

d

ib im

e

ia

a b c d e

Stator Luftspalt Rotor Läuferflussorientiert Ständerorientiert

Vereinfachtes Ersatzschaltbild des Asynchronmotors und zugehörige Stromvektoren

i1 = Ständerstrom (Strangstrom) iµ = flussbildende Stromkomponente iw = drehmomentbildende Stromkomponente R’2/s = schlupfabhängiger Läuferwiderstand

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Grundlagen Bei der sensorlosen Vektorregelung wird aus den gemessenen Größen von Ständerspannung u1 und Ständerstrom i1 die flussbildende Größe iµ und die drehmomentbildende Größe iw berechnet. Die Berechnung erfolgt in einem dynamischen Motormodell (elektrisches Ersatzschaltbild des Drehstrommotors) mit adaptiven Stromreglern, unter Berücksichtigung der Sättigung des Hauptfeldes und der Eisenverluste. Die beiden Stromkomponenten werden dabei nach Betrag und Phase in einem umlaufenden Koordinatensystem (o) zum ständerfesten Bezugssystem (a, b) gesetzt. Die für das Modell erforderlichen physikalischen Motordaten werden aus den eingegebenen und den gemessenen (Selftuning) Parametern gebildet.

2

2-19

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4 Einbindung des Motorschutz-Relais in die Steuerung

Hinweis: Bei direktem Öffnen der Leistungsleitungen kann es zu Überspannungen kommen, die die Halbleiter im Softstarter zerstören können. Hinweis: Die Meldekontakte des Motorschutzrelais werden in den Ein-/Aus-Kreis eingebunden.

Im Fehlerfall fährt der Softstarter mit der eingestellten Rampenzeit herunter und schaltet ab. Standardanschluss, eine Drehrichtung Der Softstarter wird im Standardbetrieb in die Motorzuleitung geschaltet. Zur Trennung vom Netz nach EN 60947-1, Abs. 7.1.6 bzw. für Arbeiten am Motor zwingend vorgeschrieben laut DIN/EN 60204-1/VDE 0113 Teil 1, Abs. 5.3, ist ein zentrales Schaltorgan (Schütz oder Hauptschalter) mit Trenneigenschaften notwendig. Für den Betrieb des einzelnen Motorabgangs ist ein Schütz nicht erforderlich.

Minimal-Anschluss des DS4-340-M(X)

L1 L2 L3 PE Q1

Z1 I I I

Z1

S1

0 1

1L1 3L2 5L3

F2 TOR G1 2T1 4T2 6T3

2

Wir empfehlen, anstelle eines Motorschutzschalters mit eingebautem Motorschutzrelais ein externes Motorschutzrelais zu verwenden. Nur dann kann über die Ansteuerung sichergestellt werden, dass im Überlastfall der Softstarter kontrolliert heruntergefahren wird.

13

14 A2

M1

M 3~

G1 0: Aus/Soft-Stopp 1: Start/Soft-Start

2-20

A1

M1

G1

F2

Z1

I I I

M 3~

13

14

Ready

Q1 = Leitungsschutz K1M = Netzschütz (optional) Z1 = Motorschutzrelais

K1M

Q1

1L1 3L2 5L3

2T1 4T2 6T3

L1 L2 L3 PE

K1

S2

S1

Z1

K1M

F2 = Halbleitersicherung für Zuordnungsart 2, zusätzlich zu Q1 G1 = Halbleiterschütz M1 = Motor

L00/L–

L01/L+

K2t

K1 K2t

K1

G1

HLS Start/Stop

S1: K1M Aus S2: K1M Ein b: Ansteuerung mit K1M/K2t optional

b

K1M

t > tStop + 150 ms

A2

A1

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Anschluss des DS4-340-M als Halbleiterschütz

2-21

2

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4 Anschluss als Softstarter ohne separates Netzschütz

K1

Q1 I I I

Z1 S1

Z1 1L1 3L2 5L3

F2 S2

TOR

K1

G1 2T1 4T2 6T3

2

L01/L+

L1 L2 L3 PE

13

14 A1

M1 Q1 = Z1 = F2 = G1 = M1 =

2-22

M 3~ Leitungsschutz Motorschutzrelais Halbleitersicherung für Zuordnungsart 2, zusätzlich zu Q1 Halbleiterschütz Motor

K1 L00/L– n NOT-AUS S1: Soft-Stopp S2: Soft-Start

G1

A2

K1M

Q1

M 3~

13

14

TOR

Q1 = Leitungsschutz K1M = Netzschütz (optional) Z1 = Motorschutzrelais

M1

G1

F2

Z1

I I I

1L1 3L2 5L3

2T1 4T2 6T3

L1 L2 L3 PE

–

+

K1

S2

K2t

K1

K1M

K1

K2t t = 10 s

F2 = Halbleitersicherung für Zuordnungsart 2, zusätzlich zu Q1 G1 = Softstarter M1 = Motor

S1

Z1

n NOT-AUS S1: K1M Aus S2: K1M Ein

K3

Soft-Start

Soft-Stopp

K1

K3

G1

K3

A2

A1

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Anschluss Softstarter mit Netzschütz

2

2-23

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4 Standardanschluss Wendeschaltung, zwei Drehrichtungen

Bei Leistungen über 22 kW muss die Wendeschaltung konventionell aufgebaut werden, da Minimal-Anschluss des DS4-340-M(X)R

L1 L2 L3 PE Q1

Z1 I I I

Z1

1 0 2

S1 1L1 3L2 5L3

F2 TOR G1 2T1 4T2 6T3

2

Hinweis: Geräte der Reihe DS4-...-M(X)R haben bereits die elektronische Wendeschützfunktion eingebaut. Es muss lediglich die gewünschte Drehrichtung vorgegeben werden. Die korrekte Steuerabfolge wird im DS4 intern sichergestellt.

DS4 nur bis max. 22 kW mit interner Wendeschützfunktion verfügbar ist. In diesem Fall muss darauf geachtet werden, dass die Drehrichtungsumkehr nur im Stop des DS4 stattfindet. Diese Funktionalität muss durch die externe Steuerung gewährleistet werden. Im Softstarterbetrieb kann dies über das TOR-Relais realisiert werden, das ein abfallverzögertes Relais steuert. Die Verzögerungszeit muss t-Stop + 150 ms oder größer sein.

M1 Q1 = K1M = Z1 = F2 =

2-24

13

14

G1

M 3~ Leitungsschutz Netzschütz (optional) Motorschutzrelais Halbleitersicherung für Zuordnungsart 2, zusätzlich zu Q1

G1 = Softstarter M1 = Motor n 0: 1: 2:

NOT-AUS Aus/Soft-Stopp FWD REV

FWD 0V

REV

I I I

M 3~

13

14

TOR

Q1 = Leitungsschutz Z1 = Motorschutzrelais F2 = Halbleitersicherung für Zuordnungsart 2, zusätzlich zu Q1

M1

G1

F2

Z1

Q1

1L1 3L2 5L3

2T1 4T2 6T3

L1 L2 L3 PE

G1 = M1 =

K1

K2

S2

S1

Z1

Halbleiterschütz Motor

L00/L–

L01/L+

K1

n S1: S2: S3:

K2

K1

S3

G1

NOT-AUS Soft-Stopp Soft-Start FWD Soft-Start REV

K2

K1

0V

FWD

K2

REV

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Anschluss Wendesoftstarter ohne Netzschütz

2

2-25

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4 Anschluss Wendesoftstarter mit Netzschütz

Q1 I I I

K1M Z1 1L1 3L2 5L3

F2 TOR G1 2T1 4T2 6T3

2

L1 L2 L3 PE

M1 Q1 = K1M = Z1 = F2 = G1 = M1 =

13

M 3~

Leitungsschutz Netzschütz (optional) Motorschutzrelais Halbleitersicherung für Zuordnungsart 2, zusätzlich zu Q1 Halbleiterschütz Motor

Legende zur Abb. Seite 2-27 S1: K1M Aus S2: K1M Ein

2-26

14

K1

K2t

S2

K1

S1

Z1

n NOT-AUS S1: K1M Aus S2: K1M Ein

L00/L–

L01/L+

K1M

K1

K2t t = 10 s

K3

K4

Soft-Start FWD

Soft-Stopp

K1

K3

K4

K3

Soft-Start REV

K4

G1

K3

0V

FWD

K4

REV

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

2

2-27

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4 Bypassanschluss, eine Drehrichtung

Der Bypassanschluss erlaubt es, den Motor direkt mit dem Netz zu verbinden und somit Verlustleistung durch den Softstarter zu unterdrücken. Die Ansteuerung des Bypass-Schützes erfolgt nach Beendigung des Hochlaufs durch den Softstarter (volle Netzspannung

erreicht). Die Funktion „Top-of-Ramp“ ist standardmäßig auf das Relais 13/14 programmiert. Damit wird das Bypass-Schütz durch den Softstarter kontrolliert. Ein weiterer Benutzereingriff ist nicht erforderlich. Da das Bypass-Schütz nicht die Motorlast schalten muss, sondern nur im Stromlosen Zustand geschaltet wird, kann die Auslegung nach AC1 erfolgen. Entsprechende Bypass-Schütze sind im Anhang Technische Daten aufgeführt. Wird im Not-Aus Fall die sofortige Spannungsfreischaltung gefordert, dann kann es dazu kommen, das der Bypass unter AC3-Bedingungen schalten muss (z. B. bei Wegnahme des Freigabesignals über das Steuerwort oder Softstop-Rampenzeit = 0). In diesem Fall sollte ein übergeordnetes Trennorgan vorher schalten oder der Bypass muss nach AC3 ausgelegt werden.

K2M 2-28

M 3~ M1

G1

F2

K1M

Q1

Z1

I I I

1L1 3L2 5L3

L1 L2 L3 PE

13

TOR

14

Bypass

2T1 4T2 6T3

2

Achtung: Geräte der Reihe DS4-...-MX(R) haben bereits Bypass-Kontakte eingebaut. Die nachfolgenden Ausführungen gelten daher nur für DS4-...-M. Soll ein externer Bypass für Geräte mit Wendefunktion (DS4-...-MR) aufgebaut werden, so ist für die zweite Drehrichtung ein zusätzliches Bypass-Schütz erforderlich und es müssen zusätzliche Verriegelungen vorgesehen werden, um einen Kurzschluss über die Bypass-Schütze zu verhindern!

K2t

K1

S1: K1M Aus S2: K1M Aus S3: Soft-Stopp S4: Soft-Start

L00/L–

K1

S1

Z1

S2

L01/L+

K1M

K3

S4

Leitungsschutz Netzschütz (optional) Bypass-Schütz Motorschutzrelais

K2t t = 10 s

Q1 = K1M = K2M = Z1 =

K1

S3

K1

G1

K3

A2

A1

K2M

G1 TOR

13 14

F2 = Halbleitersicherung für Zuordnungsart 2, zusätzlich zu Q1 G1 = Halbleiterschütz M1 = Motor

K3

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

2-29

2

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4 Pumpenanschluss, eine Drehrichtung

geöffnet wird. Die Verriegelungen sorgen dafür, das nur nach einem Stop eine Umschaltung erfolgen kann. Hinweis: Im Gegensatz zum einfachen Bypass-Betrieb muss für diesen Fall das Bypass-Schütz nach AC3 ausgelegt werden. Als Schütz kann dann die Empfehlung für das Netzschütz aus dem Anhang Technische Daten benutzt werden.

Pumpe Q1 = K1M = Z1 = F2 =

L1 L2 L3 PE Q1

G1 = M1 =

I I I

Z1 F2

1L1 3L2 5L3

K1M TOR G1 2T1

K2M

4T2 6T3

2

Beim Betrieb von Pumpen ist eine der häufigsten Forderungen, mit dem Bypass-Schütz einen Notbetrieb fahren zu können. Mit einem Serviceschalter wird zwischen Softstarterbetrieb und Direktstart über Bypass-Schütz ausgewählt. Der Softstarter wird dann komplett freigeschaltet. Wichtig ist dabei, dass der Ausgangskreis nicht im laufenden Betrieb

K3M

M1

2-30

M 3~

13

14

Leitungsschutz Netzschütz (optional) Motorschutzrelais Halbleitersicherung für Zuordnungsart 2, zusätzlich zu Q1 Halbleiterschütz Motor

G1

K1

E2

39

b

K1

K2

K2M

c

K4

K3

K2

n NOT-AUS a t > t-Stopp + 150 ms b Freigabe

K1

S3

S2

S1

K1

K3

d

K2

K1

K3M

K4

K5

S5

c Hand d Auto e Soft-Start/Soft-Stopp

K1M

K3

S4

K5

G1

K5

A1

e

A2

f

K4

f RUN g Bypass

K6t

a

K6t

K2M

G1 TOR

13

g

14

K2

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Pumpe Ansteuerung

2

2-31

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4 „In-Delta“ Anschluss „In-Delta“-Anschluss ist mit der Reihe DS4-340 nicht möglich.

2

Mehrere Motoren nacheinander mit einem Softstarter starten Werden mehrere Motoren nacheinander mit einem Softstarter gestartet, dann ist bei der Umschaltung folgende Reihenfolge zu beachten: • • • •

mit Softstarter starten, Bypass-Schütz einschalten, Softstarter sperren, Softstarterausgang auf den nächsten Motor schalten, • Erneut Starten. a Abbildung Seite 2-33 n S1: S2: a

NOT-AUS K1M Aus K1M Ein Soft Start/Soft Stop

b Simulation RUN-Relays Mit dem Zeitrelais K2T wird das RUN-Signal des DS4 simuliert. Die Zeiteinstellung für die Abfallverzögerung muss größer als die Rampenzeit sein. Als sichere Einstellung sollten 15 s gewählt werden. c RUN

2-32

d Ausschaltzeitüberwachung Das Zeitrelais K1T ist so einzustellen, dass der Softstarter thermisch nicht überlastet wird. Die entsprechende Zeit ergibt sich aus der zulässigen Schalthäufigkeit des gewählten Softstarters, bzw. der Softstarter muss so ausgewählt werden, das die geforderten Zeiten erreichbar sind. e Umschaltüberwachung Das Zeitrelais soll auf ca. 2 s Rückfallverzögerung gestellt werden. Es wird damit sichergestellt, das bei laufendem Softstarter nicht der nächste Motorzweig zugeschaltet werden kann. a Abbildung Seite 2-34 i Einzelmotorabschaltung Der „Aus“-Taster schaltet alle Motoren gleichzeitig ab. Der Öffner i ist dann erforderlich, wenn Motoren auch einzeln abgeschaltet werden sollen. Dabei ist die thermische Belastung des Softstarters zu beachten (Starthäufigkeit, Strombelastung). Sollen die Starts zeitlich dicht hintereinander liegen, so ist u. U. der Softstarter größer zu dimensionieren (Auslegung mit entsprechend höherem Lastspiel).

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4

K4T

K4

e

Softstarter mit Motorkaskade, Ansteuerung Teil 1

14

a

A1

G1

K2 Kn2 K32

K2

K22

K21M K11M

K1M

K1

K1

K1 S2

S1

K4

K31M

K4

K12

Kn1M K1T

A2

K2T

b

K3

G1 TOR

13

K4

K2T

c

K1T

K4

d

2

2-33

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4

2

Kn2

Kn2M

Softstarter mit Motorkaskade, Ansteuerung Teil 2

K22

b K22M K12

K4T

K11M

K21M

K3 K22

K11M

K3

K12M

K12

K11M

a

K12M K1M

a Motor 1 b Motor 2 c Motor n

K21M K12M

K12

K21M

i

K22M i

i Einzelmotorabschaltung l Seite 2-32

Kn2M

c K4T

K(n-1)1M

Kn1M

K3 Kn2

Kn1M K22M

K(n-1)2

Kn1M

i

Kn2M 2-34

Q1

M1

K11M

G1

F2

M2

K22M

M 3~

Q2

K21M

M 3~

14

I> I> I>

K12M

13

TOR

Q1 = Leitungsschutz K1M = Netzschütz (optional) Z1 = Motorschutzrelais

I> I> I>

2T1 4T2

K1M

1L1 2L2 3L3

6T3

L1 L2 L3 N PE

Qn

Kn1M

Mn

M 3~

I> I> I>

Kn2M

F2 = Halbleitersicherung für Zuordnungsart 2, zusätzlich zu Q1 G1 = Halbleiterschütz M1, 2,... = Motor

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Softstarter mit Motorkaskade

2

2-35

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4 Polumschaltbare Motoren/Dahlandermotoren

2

Der DS4 wird in die Zuleitung vor die Polumschaltung gesetzt. Der Startbefehl muss gegeben werden, sobald eine Schaltung gewählt wurde und ein Startbefehl für die Polumschaltung gesetzt wird. Alle Umschaltungen erfolgen nur im Stillstand. Die Ansteuerung ist vergleichbar zur Kaskadensteuerung, wobei jedoch nicht der nächste Motor, sondern nur auf die andere Wicklung umgeschaltet wird. Parallelschalten von Motoren an einem Softstarter Es können auch mehrere Motoren parallel an einem Softstarter gestartet werden. Das Verhalten einzelner Motoren kann dabei nicht beeinflusst werden. Die Motoren sind einzeln mit einem entsprechenden Überlastschutz auszurüsten. Im Fehlerfall sollte der Softstarter gesperrt werden anstelle einzelne Motoren abzuschalten. Die bei einer Abschaltung entstehenden Spannungsspitzen könnten den Softstarter zerstören.

2-36

Hinweis: Die Stromaufnahme aller angeschlossenen Motoren darf den Bemessungsbetriebsstrom Ie des Softstarters nicht überschreiten. Hinweis: Sie müssen jeden Motor einzeln mit Thermistoren und/oder Bimetallrelais schützen. Achtung: Im Ausgang des Softstarters darf nicht geschaltet werden. Die entstehenden Spannungsspitzen können die Thyristoren im Leistungsteil zerstören. Sind Motoren mit großen Leistungsunterschieden (z. B. 1,5 kW und 11 kW) am Ausgang eines Softstarters parallelgeschaltet, können während des Starts Probleme auftreten. Unter Umständen kann der Motor mit der geringeren Motorleistung das geforderte Drehmoment nicht aufbringen. Ursache sind die relativ großen ohmschen Widerstandswerte im Stator dieser Motoren. Sie benötigen während des Starts eine höhere Spannung.

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter/Halbleiterschütze DS4 LED-Anzeigen Die LED leuchten je nach Situation wie folgt: Rote LED

Grüne LED

Funktion

An

An

Init, LED leuchten nur kurz auf, Init selbst dauert ca. 2 Sekunden Geräteabhängig: alle Geräte: LED leuchten einmal kurz auf – DC Geräte: nach kurzer Pause leuchten die LED zusätzlich noch einmal kurz auf

Aus

Aus

Gerät ist aus

Aus

Flash im 2 s Takt

Betriebsbereit, Versorgung ok, aber kein Startsignal

Aus

Blinken im 0,5 s Takt

Gerät in Betrieb, Rampe ist aktiv (Softstart oder Softstop), bei M(X)R wird zusätzlich die aktive Drehfeld-Drehrichtung angezeigt.

Aus

An

Gerät in Betrieb, Top-of-Ramp erreicht, bei M(X)R wird zusätzlich die aktive Drehfeld-Drehrichtung angezeigt.

Blinken im 0,5 s Takt

Aus

Fehler

U Ue

A1, A2 FWD, REV, 0

Uout = 100 %

Run(FWD/REV-) LED

Error-LED

(rot)

Init

Fehler

Betriebsbereit

in Rampe

Top-of-Ramp 2-37

2

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4 Freigabe/sofortiger Stopp ohne Rampenfunktion (z. B. bei NOT-AUS)

2

Der Digital-Eingang E2 ist in der Werkseinstellung so programmiert, dass er die Funktion „Freigabe“ hat. Nur wenn ein High-Signal an der Klemme anliegt, ist der Softstarter freigegeben. Ohne Freigabesignal kann der Softstarter nicht betrieben werden. Bei Drahtbruch oder Unterbrechung des Signals durch einen NOT-AUS-Kreis wird im Softstarter der Regler sofort gesperrt und der Leistungskreis abgeschaltet, danach fällt das „Run“-Relais ab. Normalerweise wird der Antrieb immer über eine Rampenfunktion gestoppt. Wenn die Betriebsverhältnisse eine sofortige Spannungsfreischaltung erfordern, erfolgt diese über das Freigabesignal. Vorsicht! Sie müssen in allen Betriebsfällen immer zuerst den Softstarter stoppen („Run“-Relais abfragen), bevor Sie die Leistungsleitungen mechanisch unterbrechen. Anderenfalls wird ein fließender Strom unterbrochen – dadurch entstehen Spannungsspitzen, die in seltenen Fällen die Thyristoren des Softstarters zerstören können.

2-38

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4 n: S1: S2: G1:

NOT-AUS AUS EIN (E2 = 1 a freigegeben)

2 S1

S2

K1

K1

K1

G1

E2 39

2-39

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4 Einbindung des Motorschutzrelais in die Steuerung

2

Wir empfehlen, anstelle eines Motorschutzschalters mit eingebautem Motorschutzrelais, ein externes Motorschutzrelais zu verwenden. Nur dann kann über die Ansteuerung sichergestellt werden, dass im Überlastfall der Softstarter kontrolliert herunter-gefahren wird.

Vorsicht! Bei direktem Öffnen der Leistungsleitungen kann es zu Überspannungen kommen, die die Halbleiter im Softstarter zerstören können. Es gibt zwei Möglichkeiten, die in folgender Abbildung dargestellt sind: n: NOT-AUS S1: Aus

Z1

a

S2: Ein

K1

G1: Freigabe (E2 = 1 h freigegeben) a Die Meldekontakte des Motorschutzrelais werden in den Ein-/Aus-Kreis eingebunden. Im Fehlerfall fährt der Softstarter mit der eingestellten Rampenzeit herunter und schaltet ab. b Die Meldekontakte des Motorschutzrelais werden in den Freigabe-Kreis eingebunden. Im Fehlerfall wird der Ausgang des Softstarters sofort abgeschaltet. Der Softstarter schaltet zwar ab, das Netzschütz bleibt aber eingeschaltet. Um das Netzschütz mit abzuschalten, müssen Sie einen zweiten Kontakt des Motorschutzrelais mit in den Ein-/Aus-Kreis einbinden.

b

S1

S2

K1

2-40

K1

G1

E2 39

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4 DM4 mit Z-Relais N PE

Q1

2 I> I> I>

K1M

Z1

3L3

2L2

1L1

F2

L

~

N

=

6T3

4T2

2T1

T1

– Termistore

+ Termistore

G1

T2

M 3~

2-41

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4 Standardanschluss

2

Zur Trennung vom Netz ist entweder ein Netzschütz vor dem Softstarter oder ein zentrales Schaltorgan (Schütz oder Hauptschalter) notwendig. Ansteuerung S1: S2: a b

K1 S2

S1

K1

E2

K1

G1

39

a

2-42

E1

G1

39

b

Soft-Start Soft-Stop Freigabe Softstart/Softstop

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4 DM4 ohne separates Netzschütz L1 L2 L3 N PE

2 Q1

Q1 I> I> I>

I> I> I>

F1

a +12

G1

13

14

23

24

33

~

K4

34

43

REF 1: 0–10 V

= Analog Out 2

T2

K3

Analog Out 1

T1

K2;TOR

1

0 V Analog

- Thermistor

6T3

4T2

2T1

PE

+ Thermistor

K1;RUN

8 REF 2: 4–20 mA

7

39

+12 V DC

E2

0 V Analog

=

E1

Freigabe

~

N

0 V (E1;E2)

L

Start/Stop

5L3

3L2

1L1

    

F2

7

62

63

I mot M 3~

M1

a siehe Ansteuerung

2-43

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4 DM4-340 mit separatem Netzschütz Ansteuerung

2 K1 S3

K1M

S1 S4

K1 S2

G1 OK (not error)

K2

33 34

E2

G1

39

a

2-44

K2

K1

K1

n S1: S2: a b

13

K2

NOT-AUS AUS EIN Freigabe Softstart/Softstopp

K2

G1

E1 39

b

K1M

G1 RUN

14

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4 DM4-340 mit separatem Netzschütz L1 L2 L3 N PE

2 Q1

Q1 I> I> I>

K1M

I> I> I>

F1

a +12

G1

13

14

23

24

33

~

K4

34

43

REF 1: 0–10 V

= Analog Out 2

T2

K3

Analog Out 1

T1

K2;TOR

1

0 V Analog

- Thermistor

6T3

4T2

2T1

PE

+ Thermistor

K1;RUN

8 REF 2: 4–20 mA

7

39

+12 V DC

E2

0 V Analog

=

E1

Freigabe

~

N

0 V (E1;E2)

L

Start/Stop

5L3

3L2

1L1

    

F2

7

62

63

I mot M 3~

M1

a siehe Ansteuerung

2-45

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4 Bypassanschluss

2

Das Bypass-Schütz wird nun in einen stromlosen Zustand geschaltet und kann daher nach AC-1 ausgelegt werden.

Der Softstarter DM4 steuert nach Beendigung des Hochlaufs (volle Netzspannung erreicht) das Bypass-Schütz an. Dadurch wird der Motor direkt mit dem Netz verbunden.

Wird bei NOT-AUS eine sofortige Spannungsfreischaltung gefordert, dann muss das Bypass-Schütz auch die Motorlast schalten. Dadurch ist es dann nach AC-3 auszulegen.

Vorteil: • Die Verlustleistung des Softstarters wird auf die Leerlauf-Verlustleistung reduziert. • Die Grenzwerte der Funkstörklasse „B“ werden eingehalten Ansteuerung

K1 S3 13

S1

S2

K2M

K1

S4

K2

K2

G1

39

a

n S1: S2: a b

2-46

14

23

G1 TOR

K1

E2

K1

K1 G1 RUN

NOT-AUS AUS EIN Freigabe Softstart/Softstopp

E1

K2

G1

39

b

K1M

K2M

24

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4 DM4-340 mit Bypass L1 L2 L3 N PE

2 Q1

Q1 I> I> I>

I> I> I>

K1M

F1

a +12

T2

13

14

23

24

K3

33

~

K4

34

43

PE

= Analog Out 2

- Thermistor

T1

K2;TOR

1

Analog Out 1

+ Thermistor 6T3

4T2

2T1

K1;RUN

REF 1: 0–10 V

+12 V DC

G1

8 REF 2: 4–20 mA

7

39 0 V Analog

=

E2

0 V Analog

2M

E1

Freigabe

~

N

0 V (E1;E2)

L

Start/Stop

5L3

3L2

1L1

    

F2

7

62

63

I mot M1

M 3~

a siehe Ansteuerung

2-47

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4 „In-Delta“-Anschluss Die „In-Delta“-Anschaltung reduziert bei gleicher Motorleistung die notwendige Softstarterleistung. Durch die Anschaltung in Reihe mit jeder Motorwicklung reduziert sich der Strom um den Faktor √3. Nachteilig sind die erforderlichen sechs Motorleitungen. Darüber hinaus gibt es keine Einschränkungen. Alle Softstarterfunktionen bleiben erhalten. 2

2

Hierfür müssen Sie den Motor im Dreieck anschließen. Dabei muss die Spannung in dieser Anschlußart mit der Netzspannung übereinstimmen. Bei 400 V Netzspannung muss der Motor also für 400 V/690 V gestempelt sein.

Ansteuerung

K1 S3

K1M S1

S4

K1

K1

34

E2

G1 a

2-48

K2

33

39

n S1: S2: a b

K2

K1

S2

1 OK ot error)

13

K2

NOT-AUS AUS EIN Freigabe Softstart/Softstopp

K2

G1

E1 39

b

K1M

G1 RUN

14

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4 DM4-340 „In-Delta“ L1 L2 L3 N PE

2 Q1

Q2 I> I> I>

I> I> I>

K1M

F1

a +12

G1

14

23

24

33

34

43

= Analog Out 2

6T3 U1

13

~

K4

Analog Out 1

4T2

T2

K3

PE

0 V Analog 2T1

V1

T1

K2;TOR

1

7

62

63

I mot

M

U2

V2

3~ W2

M1

W1

K1;RUN

8 REF 1: 0–10 V

=

7

39

REF 2: 4–20 mA

E2

+12 V DC

E1

0 V Analog

~

N

0 V (E1;E2)

L

Start/Stop

5L3

3L2

1L1

    

F2

a siehe Ansteuerung E2: Freigabe T1: +Thermistor T2: –Thermistor 2-49

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4 Mehrere Motoren nacheinander mit einem Softstarter starten Wenn Sie mehrere Motoren nacheinander mit einem Softstarter starten, halten Sie bei der Umschaltung folgende Reihenfolge ein:

2

• • • •

mit Softstarter starten Bypass-Schütz einschalten Softstarter sperren Softstarterausgang auf den nächsten Motor schalten • erneut Starten

2-50

Erklärung für die folgende Schaltung: n NOT-AUS S1: AUS S2: EIN a Freigabe b Softstart/Softstopp Stellen Sie das Zeitrelais K1T so ein, dass der Softstarter thermisch nicht überlastet wird. Die entsprechende Zeit ergibt sich aus der zulässigen Schalthäufigkeit des gewählten Softstarters. Sonst wählen Sie den Softstarter so aus, dass die geforderten Zeiten erreichbar sind.

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4

14

K4

b a

K3 E1

39

G1 39

K2 Kn2 K32 K22

G1 K1

S2

S1

K1

K1

E2

K1M

K1

K4

K2

K12

Kn1M K31M K21M K11M

K4 K1T

2

24

G1 TOR

23

G1 RUN

13

K1T

K4

c

Ansteuerung Teil 1

2-51

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4

c K3

Kn2M

Kn2

Kn1M K22M

2-52

K11M

K3

K12M

K1M

K12

K11M

a

K12M

K12

K21M

K3 K22

K12M

K12

K21M

b

K22M

K22

K22M

K1(n-1)1

Kn1M

Kn2M

2

Kn2

Kn2M

DM4-340 Kaskade, Ansteuerung Teil 2

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Generelle Anschlussarten Softstarter DM4

Kn2M

DM4-340 Kaskade

M 3~

Qn

M 3~ M 3~

3L3

6T3

2L2

4T2

1L1

2T1

Q2

M1 Q1

K11M

G1

K1M

L1 L2 L3 N PE

F2

K12M

T2 T1

= L

~

– Thermistor + Thermistor

N

PE

K21M

Q2

M2

I> I> I> I> I> I>

I> I> I>

K22M

F1

Kn1M

Mn

I> I> I>

2

2-53

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Frequenzumrichter-Montage

F 30˚ F 30˚

F 30˚ F 30˚

f 100

2

f 100

Frequenzumrichter werden in der Regel senkrecht eingebaut.

f 10

f 50

f 50

f 100

Bei den Gerätereihen DF5 und DV5 ist hierbei zu beachten, dass für den elektrischen Anschluss die frontseitigen Gehäuseteile zur Seite aufgeklappt werden. Deshalb sollte der seitliche Freiraum im Bereich der Frontklappen an der linken Seite mindestens 80 mm und an der rechten mindestens 120 mm betragen.

f 10 DF5 und DV5

f 100

Zur thermischen Zirkulation sollte oberhalb und unterhalb der Geräte ein unbebauter Freiraum von mindestens 100 mm eingehalten werden. Der seitliche Freiraum soltte mindestens 10 mm bei DF5 und DV5 und mindestens 50 mm bei DF6 und DV6 betragen.

DF6 und DV6 2-54

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives EMV-gerechter Anschluss von Frequenzumrichtern Hinweise zur fachgerechten Installation von Frequenzumrichtern Unter Berücksichtigung der folgenden Hinweise wird ein EMV-gerechter Aufbau erreicht. Elektrische und magnetische Störfelder können auf die geforderten Pegel begrenzt werden. Die erforderlichen Maßnahmen sind nur in der Kombination wirksam und sollten schon bei der Projektierung berücksichtigt werden. Die nachträgliche Erfüllung der erforderlichen EMV-Maßnahmen ist nur mit erhöhtem Aufwand und Kosten möglich. EMV-Maßnahmen Die EMV (Elektro-Magnetische-Verträglichkeit) bezeichnet die Fähigkeit eines Gerätes elektrischen Störungen zu widerstehen (Immunität) und gleichzeitig nicht selbst das Umfeld durch die Ausstrahlung (Emission) von Störungen zu belasten. Die EMV-Produktnorm IEC/EN 61800-3 beschreibt die Grenzwerte und Prüfverfahren zur Störaussendung und Störfestigkeit für drehzahlveränderbare elektrische Antriebe. Dabei werden nicht einzelne Komponenten, sondern ein typisches Antriebssystem in seiner funktionellen Gesamtheit betrachtet Maßnahmen zur EMV-gerechten Installation 1. Erdungsmaßnahmen Sie sind zwingend notwendig, um die gesetzlichen Vorschriften zu erfüllen und Voraussetzung für den wirkungsvollen Einsatz weiterer Maßnahmen wie Filter und Schirmung. Alle leitfähigen, metallische Gehäuseteile müssen elektrisch leitend mit dem Erdpotential verbunden werden. Dabei ist für die EMV-Maßnahme nicht der Querschnitt der Leitung maßgebend, sondern die Oberfläche, auf der hochfrequente Ströme abfließen können. Alle

Erdungspunkte müssen möglichst niederohmig und gut leitend, auf direktem Weg an den zentralen Erdungspunkt (Potentialausgleichschiene, sternförmiges Erdungssystem) geführt werden. Die Kontaktstellen müssen farb- und korrosionsfrei sein (verzinkte Montageplatten und Materialien verwenden). 2. Schirmungsmaßnahmen Sie dienen zur Reduzierung der gestrahlten Störenergie (Störfestigkeit benachbarter Anlagen und Geräte gegen die Beeinflussung von außen). Leitungen zwischen Frequenzumrichter und Motor müssen geschirmt verlegt werden. Der Schirm darf dabei nicht die PE-Leitung ersetzen. Empfohlen werden vieradrige Motorleitungen (drei Phasen + PE) dessen Schirm beidseitig und großflächig auf Erdpotential gelegt wird (PES). Der Schirm darf nicht über Anschlussdrähte (Pig-Tails) aufgelegt werden. Schirmunterbrechungen z. B. bei Klemmen, Schützen, Drosseln usw. müssen niederohmig und großflächig überbrückt werden. Steuer- und Signalleitungen sollten verdrillt sein und können mit Doppelschirm eingesetzt werden. Dabei wird der innere Schirm einseitig an der Spannungsquelle aufgelegt, der äußere Schirm beidseitig. Die Motorleitung muss räumlich getrennt von Steuer- und Signalleitungen (>10 cm) und nicht parallel zu Netzleitungen verlegen werden.

2-55

2

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives EMV-gerechter Anschluss von Frequenzumrichtern .

Netz Leitungsschutz

2

Schalten

Netzdrossel

Entstörfilter

Frequenzumrichter

3~

Motorleitung

Motor

M 3~

Der EMV-gerechte Aufbau und Anschluss wird in den jeweiligen Handbüchern (AWB) der Geräte ausführlich beschrieben. 2-56

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives EMV-gerechter Anschluss von Frequenzumrichtern Schirmung von Steuer- und Signalleitungen

1 O

L

2

1

2

P24 15

H

2

F 20 m

PES

3 2

Cu 2.5 mm M4 PE

ZB4-102-KS1

PES 4K7 R1

M

M

REV

FWD

Beispiel: Frequenzumrichter DF5, Sollwertpotentiometer R1 (M22-4K7) und Montagezubehör ZB4-102-KS1 3. Filtermaßnahmen Funkentstörfilter und Netzfilter (Kombination von Funkentstörfilter + Netzdrossel) dienen zum Schutz vor hochfrequenten leitungsgebundenen Störgrößen (Störfestigkeit) und reduzieren die hochfrequenten Störgrößen des Frequenzumrichters, die über das Netzkabel oder die Abstrahlung des Netzkabels ausgesendet werden und auf ein vorgeschriebenes bzw. gesetzliches Maß begrenzt werden sollen (Störaussendung). Filter sollten möglichst in unmittelbare Nähe des Frequenzumrichters montiert und die Verbindungsleitung – zwischen Frequenzumrichter und Filter – kurz gehalten werden. Bei Leitungslängen größer 30 cm sind abgeschirmte Leitungen erforderlich. Filter haben Ableitströme, die im Fehlerfall (Phasenausfall, Schieflast) erheblich größer als die Nennwerte werden können. Zur Vermeidung gefährlicher

Spannungen müssen die Filter geerdet sein. Da es sich bei den Ableitströmen um hochfrequente Störgrößen handelt, müssen diese Erdungsmaßnahmen niederohmig und großflächig sein. Bei Ableitströmen f 3,5 mA muss nach VDE 0160 bzw. EN 60335 der Schutzleiter F 10 mm2 sein oder auf Unterbrechung überwacht werden. 4. Drosseln Auf der Eingangsseite des Frequenzumrichters reduzieren Drosseln die stromabhängigen Netzrückwirkungen und bewirken eine Verbesserung des Leistungsfaktors. Der Stromoberwellengehalt wird reduziert und die Netzqualität verbessert. Der Einsatz von Netzdrosseln empfiehlt sich besonders beim Anschluss mehrerer Frequenzumrichter an einen Netzeinspeisepunkt und wenn an diesem Netz andere elektronische Geräte angeschlossen sind. Eine Reduzierung der Netzstromwirkung wird auch durch Gleichstromdrosseln im Zwischenkreis des Frequenzumrichters erreicht. Im Ausgang des Frequenzumrichters werden 2-57

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives EMV-gerechter Anschluss von Frequenzumrichtern Drosseln eingesetzt bei langen Motorleitungen und wenn im Ausgang mehrere Motoren parallel angeschlossen sind. Sie erhöhen zudem den Schutz der Leistungshalbleiter bei Erd-

und Kurzschluss und sie schützen die Motoren vor zu hohen Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten (> 500 V/µs), die durch die hohe Taktfrequenzen hervorgerufen werden.

15

2

PES PE

PES

PES W2 U2 V2 U1 V1 W1 PE

2-58

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives EMV-gerechter Anschluss von Frequenzumrichtern

L1 L2 L3 PE

M 3

2 F 300 mm

a

e

b

d

Cu-Abschirmgeflecht PVC-Außenmantel Litze (Cu-Drähte) PVC-Aderisolierung 3 x schwarz, 1 x grüngelb e Textilband und PVC-Innenmaterial a b c d

c

2-59

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Frequenzumrichter DF5 Frequenzumrichter DF5-322-... Ansteuerung Beispiel 1 Sollwertvorgabe über Potentiometer R1 Freigabe (START/STOPP) und Drehrichtungswahl über Klemme 1 und 2 mit interner Steuerspannung

2

n: NOT-AUS-Kreis S1: AUS S2: EIN K1M: Netzschütz F1: Leitungsschutz PES: PE-Anschluss des Leitungsschirmes M1: Motor 3-phasig 230 V

S1

S2

K1M

2-60

K1M

Hinweis: Für einen EMV-gerechten Netzanschluss, sind nach Produktnorm IEC/EN 61800-3 entsprechende Funk-Entstörmaßnahmen erforderlich.

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Frequenzumrichter DF5 Verdrahtung f

1 h 230 V, 50/60 Hz

L N PE

M t

F1

2

M

PE FWD

K1M REV

L

G1

N

PE

L+ DC+ DC– U

V

H

W PE

O

L

2

1 P24 PES

PES PES X1 PES PES

M1

M 3~

PE 4K7

e

R1

M M REV FWD

FWD: Freigabe Rechtsdrehfeld REV: Freigabe Linksdrehfeld

2-61

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Frequenzumrichter DF5 Frequenzumrichter DF5-340-... mit EMV-gerechtem Anschluss Ansteuerung Beispiel 2 Sollwertvorgabe über Potentiometer R1 (fs) und Festfrequenz (f1, f2, f3) über Klemme 3 und 4 mit interner Steuerspannung Freigabe (START/STOPP) und eine Drehrichtungswahl über Klemme 1

2

Q1

S1

S2

K1M

n: S1: S2: K1M: L1: Z1: Q1: PES: M1:

NOT-AUS-Kreis AUS EIN Netzschütz Netzdrossel Funk-Entstörfilter Leitungsschutz PE-Anschluss des Leitungsschirmes Motor 3-phasig 400 V

FWD: Freigabe Rechtsdrehfeld, Sollwert fS FF1: Festfrequenz f1 FF2: Festfrequenz f2 FF1+FF2: Festfrequenz f3

K1M

2-62

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Frequenzumrichter DF5 Verdrahtung f

3 h 400 V, 50/60 Hz

L1 L2 L3 PE

f1

f2

f3

fs

t

Q1 PE I

I

FF1

I FF2

K1M

FWD U1

V1

W1 PE

L1 U2

V2

W2

L1

L2

L3 PE

L1 L2 L3

L+ DC+ DC– U

V

H

W PE

O

L

4

3

FWD

FF1

G1

PE

FF2

Z1

1 P24

PES PES X1

R1 PES PES

M1

PE

M 3~

e 2-63

2

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Frequenzumrichter DF5, DV5 Gegenüberstellung 1- und 3-phasiger Netzanschluss – Motorschaltungsart (230/400 V) Motor: P = 0,75 kW Netz: 3/N/PE 400 V 50/60 Hz

2

1 h 230 V, 50/60 Hz

L N PE FAZ-1N-B16

DILEEM +P1DILEM

Variante A: Dreieckschaltung

F1

K1M 1 PE

L1 DE4-LN1-1K5 2

L

N PE

Z1 DE5-LZ1-012-V2 L

DF5-322-075 DV5-322-075 G1

N

PE

L+ DC+ DC– U

V

W PE PES PES

X1 PES PES 230 V 4A 0.75 kW

U1 V1 W1 W2 U2 V2

M1

M 3~

e 2-64

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Frequenzumrichter DF5, DV5 Variante B: Sternschaltung 3 h 400 V, 50/60 Hz

L1 L2 L3 PE

2

Q1

PKM0-10

I DILEEM

I

I

K1M U1

V1

W1 PE

L1 DE4-LN3-1K5 U2

V2

W2

L1

L2

L3 PE

Z1 DE5-LZ3-007-V4 L1 L2 L3

DF5-340-075 DV5-340-075 G1

L+ DC+ DC– U

PE

V

W PE PES PES

X1 PES 400 V 2.3 A 0.75 kW

PES

U1 V1 W1 W2 U2 V2

M1

M 3~

e

2-65

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Vektor-Frequenzumrichter DV5 Vektor-Frequenzumrichter DV5-340-... mit EMV-gerechtem Anschluss Ansteuerung Beispiel: Sollwertvorgabe über Potentiometer R1 (fs) und Festfrequenz (f1, f2, f3) über Klemme 3 und 4 mit interner Steuerspannung Freigabe (START/STOPP) und eine Drehrichtungswahl über Klemme 1

2

n: S1: S2: K1M: Z1: Q1: PES: M1:

Q1

S1

S2

K1M

2-66

K1M

NOT-AUS-Kreis AUS EIN Netzschütz Funk-Entstörfilter Leitungsschutz PE-Anschluss des Leitungsschirmes Motor 3-phasig 400 V

FWD: Freigabe Rechtsdrehfeld, Sollwert fS FF1: Festfrequenz f1 FF2: Festfrequenz f2 FF1+FF2: Festfrequenz f3

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Vektor-Frequenzumrichter DV5 Verdrahtung f

3 h 400 V, 50/60 Hz

L1 L2 L3 PE

f1

f3

f2

fs

t

Q1 FF1

PE I

I

I

FF2

K1M

FWD

L1

L2

L3 PE

L1 L2 L3

V

H

W PE BR

O

L

FF1

L+ DC+ DC– U

FWD

G1

PE

FF2

Z1

4

3

1 P24

PES PES X1

R1 PES PES

M1

PE

M 3~

e 2-67

2

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Frequenzumrichter DF6 Frequenzumrichter DF6-340-... Ansteuerung Beispiel: Temperaturregelung Lüftungsanlage. Steigt die Raumtemperatur an, muss der Lüfter seine Drehzahl erhöhen. Die geforderte Temperatur wird über Potentiometer R1 eingestellt (z. B. 20 °C)

2

n: NOT-AUS-Kreis S1: AUS S2: EIN K1M: Netzschütz Q1: Leitungsschutz PES: PE-Anschluss des Leitungsschirmes Z1: Funk-Entstörfilter

Q1

S1

S2

K1M

2-68

K1M

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Frequenzumrichter DF6 Verdrahtung 3 h 400 V, 50/60 Hz

50 ˚C 100 %

L1 L2 L3 PE

20 ˚C

40 % 4 mA

10.4 mA

20 mA

Q1 PE I

I

I

K1M L1

L2

L3 PE

Z1 L1 L2 L3

PE PID

L+ DC+ DC– U

V

W PE

G1

OI

H

O

L

FW P24

PES

PES

PES X1 PES PES

PE 4...20 mA

M1

M 3~

4K7 R1

e

i

M FWD

P1

2-69

2

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives Vektor-Frequenzumrichter DV6 Vektor-Frequenzumrichter DV6-340-... mit integrierter Encoder-Baugruppe (DE6-IOM-ENC) und externem Bremswiderstand DE4-BR1-... Ansteuerung

2

Q1 TI

S1

RB

T2 K11

S2

K1M

K3 K1M

K1M

G1

SPS

K2

Freigabe K2

Beispiel: Hubwerk mit Drehzahlregelung, Steuerung und Überwachung durch SPS Motor mit Thermistor (PTC-Widerstand) n: NOT-AUS-Kreis S1: AUS S2: EIN Q1: Leitungsschutz K1M: Netzschütz K2: Steuerschütz Freigabe RB: Bremswiderstand B1: Encoder, 3 Kanäle 2-70

K12

Y1 PES: PE-Anschluss des Leitungsschirmes Y1: Haltebremse

RB

i

L1 L2 L3 PE

1

2

PES

DE4-BR1...

T1 T2 PE

G1

Z1

L1

I

L2

I

L3

L1 L2 L3

I

PE

PES

e

L+ DC+ DC– BR U

K1M

Q1

3 h 400 V, 50/60 Hz

V

M 3~ M1

W PE

PE

Th CM1

i

PES

PES

B1

Y1

I..

b

Encoder

CM2 I.. I..

CM2 11 12 13

EP5 EG5 EAPEAN EBP EBN EZP EZN

DE6-IOM-ENC

2

3

8 FW P24

m

n1

a

n2 n3 REV FWD

Q.. Q.. Q.. Q.. Q.. P24

1

Elektronische Motorstarter und Drives Vektor-Frequenzumrichter DV6

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Verdrahtung

2

2-71

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives System Rapid Link System Rapid Link

2

Rapid Link ist ein modernes Automatisierungssystem für die Fördertechnik. Mit Rapid Link können elektrische Antriebe wesentlich schneller installiert und in Betrieb genommen werden als auf herkömmliche Art und Weise. Die zeitsparende Installation erfolgt mit Hilfe eines Energie- und Datenbusses, in den die Rapid-Link-Module eingesetzt werden. a

b

c

Hinweis: Das System Rapid Link darf ohne das Handbuch AWB2190-1430 nicht in Betrieb genommen werden. Das Handbuch ist online verfügbar unter ftp://ftp.moeller.net/ DOCUMNETATION/AWB_MANUALS/ .

d

e

f

g i

h

j k

k k

l m m m

Funktionsmodule: a Kopfstation „Interface Control Unit“ r Schnittstelle zum offenen Feldbus b Einspeiseschalter „Disconnect ControlUnit“ r Energieeinspeisung mit abschließbarem Drehgriff; r Leistungsschalter zum Schutz vor Überlast und Kurzschluss c Motorstarter „Motor Control Unit“ r 3-phasiger elektronischer Motorschutz mit weitem Bereich als Direktstarter, erweiterbarer Direktstarter oder Wendestarter 2-72

d Drehzahlsteller „Speed Control Unit“r Ansteuerung von Drehstrom-Asynchron-Motoren mit 4 Festdrehzahlen und 2 Drehrichtungen sowie Sanftanlauf e Bedienung „Operation Control Unit“ r Hand-vor-Ort-Bedienung für fördertechnische Einheiten f Programmierbare Funktionseinheit „Logic Control Unit“ r Intelligenter Slave zur autarken Verarbeitung von I/O-Signalen

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives System Rapid Link

Projektierung Die Rapid-Link-Funktionsmodule werden in unmittelbarer Nähe der Antriebe montiert. Der Anschluss an den Energie- und Datenbus ist ohne Unterbrechung an beliebigen Stellen möglich. Der Datenbus AS-Interface® ist eine Systemlösung zur Vernetzung verschiedener Baugruppen. Ein AS-Interface®-Netzwerk lässt sich schnell und einfach funktionsfähig aufbauen. AS-Interface® verwendet eine geometrisch kodierte und ungeschirmte Flachbandleitung mit einem Querschnitt von 2 x 1,5 mm2. Sie überträgt alle Daten und die Energie zwischen der Steuerung und der Peripherie und übernimmt in einem gewissen Rahmen die Stromversorgung der angeschlossenen Geräte. Die Installation entspricht den üblichen Anforderungen. Der Aufbau ist beliebig, die Projektierung dadurch unkompliziert. Mit dem Zusammenschrauben dringen zwei Metalldorne durch die Ummantelung der Flachbandleitung in die beiden Adern ein und stellen somit den Kontakt zur AS-Interface®-Leitung her. Ablängen, Abisolieren,

6.5 a

a

+

–

b

2

4

h Abzweig für M12-Steckerleitungen i Flexible Stromschiene für 400 V h und 24 V j Energieeinspeisung für flexible Stromschiene k Steckbarer Energieabzweig für flexible Stromschiene l Rundleitung für 400 V h und 24 V m Steckbarer Energieabzweig für Rundleitung

Aufbringen von Aderendhülsen, Unterklemmen und Anschrauben entfällt.

2

Energie- und Datenbus: g AS-Interface®-Flachleitung

10

a Durchdringungsdorne b Verpolsichere Flachleitung Der Energiebus versorgt die Rapid-Link-Funktionsmodule mit Haupt- und Hilfsenergie. Steckbare Abgänge können Sie an beliebigen Stellen schnell und fehlerfrei montieren. Sie können den Energiebus wahlweise mit einer flexiblen Stromschiene (Flachleitung) oder mit handelsüblichen Rundleitungen aufbauen: • Die flexible Stromschiene RA-C1 ist eine 7-adrige Flachleitung (Querschnitt 2,5 mm2 oder 4 mm2) mit folgendem Aufbau:

M L+ PE N L3 L2 L1

weiß rot gelb-grün blau schwarz braun schwarz

• Sie können den Energiebus auch mit handelsüblichen Rundleitungen (Querschnitt 7 x 2,5 mm2 oder 7 x 4 mm2, 2-73

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives System Rapid Link Anforderungen an die sichere Trennung nach IEC/EN 60947-1 Anhang N bzw. IEC/EN 60950 erfüllen. Das Netzteil für die 24-V-DC-Versorgung muss sekundärseitig geerdet sein. Das 30-V-DC-Netzteil für die AS-Interface®-/RA-IN-Versorgung muss die Anforderungen an eine sichere Trennung nach SELV erfüllen. Die Einspeisung der Energieabschnitte erfolgt über die Disconnect Control Unit RA-DI (siehe Abbildung unten) mit:

Außendurchmesser der Adern < 5 mm, feindrähtige Kupferleiter nach DIN VDE 295, Klasse 5) und Rundleitungsabgängen RA-C2 aufbauen. Die Leitung darf einen Außendurchmesser von 10 bis 16 mm aufweisen.

2

Warnung! • Rapid Link ist nur an Dreiphasen-Drehstromnetzen mit geerdetem Sternpunkt und getrenntem N- und PE-Leiter (TN-S-Netz) zulässig. Ein erdfreier Aufbau ist nicht zulässig. • Alle am Energie- und Datenbus angeschlossenen Betriebsmittel müssen ebenfalls die

• Ie = 20 A/400 V bei 2,5 mm2 • Ie = 20 bis 25 A/400 V bei 4 mm2. Als Energiezuführung zur Disconnect Control Unit RA-DI können Rundleitungen bis 6 mm2 verwendet werden.

  

3 AC 400 Vh, 24 V H 50/60 Hz F 6 mm2 RA-DI Disconnect Control Unit RA-DI Q1 2.5 mm2 / 4 mm2 1.5 mm2 RA-MO RA-SP

1.5 mm2 1.5 mm2 RA-SP RA-MO

1.5 mm2 Motor/Speed Control Units

1.5 mm2

1.5 mm2

1.5 mm2

1.5 mm2

PES

PES

PES

e

M 3h

e

M 3h

PES

e

Die Disconnect Control Unit RA-DI schützt die Leitung vor Überlast und übernimmt den Kurzschlussschutz für die Leitung sowie für alle angeschlossenen Motor Control Units RA-MO. 2-74

M 3h

e

M 3h

Die Kombination aus RA-DI und RA-MO erfüllt die Anforderungen der IEC/EN 60947-4-1 als Starter mit Zuordnungsart 1. Dies bedeutet, dass die Schützkontakte im RA-MO bei einem

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives System Rapid Link • Die Summe aller Ladeströme (ca. 6 x Netzstrom), der angeschlossenen Speed Control Units, darf 110 A nicht überschreiten. • Die Höhe des applikationsabhängigen Spannungsabfalles. Anstelle der Disconnect Control Unit kann auch ein 3-poliger Leitungsschutzschalter mit In F 20 A mit Charakteristik B oder C verwendet werden. Dabei ist zu beachten:

Kurzschluss im Motorklemmbrett oder in der Motorleitung verkleben oder verschweißen dürfen. Darüber hinaus entspricht diese Anordnung der DIN VDE 0100 Teil 430. Die betroffene Motor Control Unit RA-MO muss nach einem Kurzschluss ausgetauscht werden! Bei der Projektierung des Energiebusses mit der Disconnect Control Unit ist zu beachten:

• Die Durchlassenergie J bei Kurzschluss darf nicht größer als 29800 A2s werden. • An der Einbaustelle darf das Kurzschlussniveau Icc deshalb 10 kA nicht überschreiten a Kennlinie.

• Auch bei 1-poligem Kurzschluss am Ende der Leitung muss der Kurzschlussstrom größer als 150 A sein. • Die Summe der Ströme aller laufenden und zugleich startender Motoren darf 110 A nicht überschreiten. 5 2 i dt 10 2 [A s] 8

6

63 A 50 A

FAZ-B FAZ-C

40 A 32 A 25 A 20 A 16 A 13 A 10 A

4

2 1.5

6A 4A

104

3A

8 6 2A

4

FAZ-...-B4HI

2 1.5 1A

103

0.5 A

8 6 4 3 0.5

1

1.5

2

3

4

5

6 7 8 9 10

Icc

eff

15

[kA]

2-75

2

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives System Rapid Link Motor Control Unit

2

Die Motor Control Unit RA-MO ermöglicht den direkten Betrieb von Drehstrommotoren mit zwei Drehrichtungen. Der Nennstrom ist einstellbar von 0,3 A bis 6,6 A (0,09 bis 3 kW). Anschlüsse Die Motor Control Unit RA-MO wird anschlussfähig ausgeliefert. Der Anschluss an den Datenbus AS-Interface® und den Motor wird im Folgenden beschrieben. Der Anschluss an den Energiebus ist im allgemeinen Teil „System Rapid Link“ weiter vorne beschrieben.

400 V F 2.2 kW M 3h

3 h 400 V PE 50/60 Hz 24 V H

Der Anschluss an AS-Interface® erfolgt über einen M12-Stecker mit folgender PIN-Belegung: M12-Stecker

PIN

Funktion

1

ASi+

2

–

3

ASi–

4

–

Der Anschluss externer Sensoren erfolgt über eine M12-Buchse. PIN

Funktion

1

L+

2

I

3

L–

4

I

Bei der RA-MO ist der Motorabgang mit einer kunststoffgekapselten Buchse ausgeführt. Die Länge des Motorkabels ist auf maximal 10 m begrenzt. Der Motoranschluss erfolgt über die halogenfreie Motorleitung 8 x 1,5 mm2, ungeschirmt, DESINA-konform, mit 2 m, (SET-M3/2-HF) oder 5 m, (SET-M3/5-HF) Länge. Alternativ: Selbtskonfektionierte Motorleitung mit Stecker SET-M3-A, Kontakte 8 x 1,5 mm2

1

3

2-76

4

6

PE

7

5

8

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives System Rapid Link

i

M 3h

2

SET-M3/... 1 • 3 4 5 6 7 8 PE

1 – 3 5 6 4 2 7 PE

Motorschaltung ohne Thermistor: 5

8

1

7

3

PE

6

7

1

2

3

T1

T2

U1

V1

W1 PE

U1 – W1 – – – V1 – PE

e

– – – B1 (h/–) – B2 (h/+) – – –

Motorschaltung mit Thermistor: 5

*

– – – – T1 – – T2 – 8

1

7

3

PE

6

7

1

2

3

T1

T2

U1

V1

W1 PE

*

e M3h

M 3h

i

Werden Motoren ohne Kaltleiter (PTC, Thermistor, Thermoclick) angeschlossen, müssen die Leitungen 6 und 7 am Motor gebrückt werden, da RA-MO sonst eine Fehlermeldung generiert.

2-77

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives System Rapid Link Hinweis: Die folgenden beiden Anschlüsse gelten nur für die Motor Control Unit RA-MO! Anschluss einer 400-V-AC-Bremse: 1

7

3

PE

Anschluss einer 400-V-AC-Bremse mit Schnellbremsung: 4

2 1

2

3

*

6

1

7

3

PE

5

4

1

2

3

B1

B2

U1

V1

W1 PE

*

PE

e M 3h

e M 3h

Zur Ansteuerung von Bremsmotoren bieten die Motorenhersteller Bremsgleichrichter an, die im Motorklemmbrett untergebracht werden. Durch gleichzeitiges Unterbrechen des Gleichstromkreises fällt die Spannung an der Bremsspule wesentlich schneller ab. Der Motor bremst in kürzerer Zeit.

2-78

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives System Rapid Link Speed Control Unit RA-SP Die Speed Control Unit RA-SP wird zur elektronischen Drehzahlsteuerung von Drehstrommotoren in der Antriebstechnik eingesetzt. Hinweis: Abweichend von den anderen Geräten im System Rapid Link ist das Gehäuse der Speed Control Unit RA-SP mit einem Kühlkörper ausgerüstet und erfordert einen EMV-gerechten Anschluss und entsprechende Montage. Anschlüsse Die Speed Control Unit RA-SP wird anschlussfähig ausgeliefert. Der Anschluss an den Datenbus AS-Interface® und den Motor wird im Folgenden beschrieben. Der Anschluss an den Energiebus ist im allgemeinen Teil „System Rapid Link“ weiter vorne beschrieben. .

Der Anschluss an AS-Interface® erfolgt über einen M12-Stecker mit folgender PIN-Belegung: M12-Stecker

PIN

Funktion

1

ASi+

2

–

3

ASi–

4

–

2

Bei der RA-SP ist der Motorabgang mit einer metallgekapselten Buchse ausgeführt. EMV-bedingt ist diese großflächig mit PE/Kühlkörper verbunden. Der zugehörige Stecker ist in metallgekapselter, das Motorkabel in abgeschirmter Ausführung. Die Länge des Motorkabels ist auf maximal 10 m begrenzt. Der Schirm des Motorkabels muss beidseitig großflächig auf PE gelegt werden. Dies macht auch beim Motoranschluss z. B. eine EMV-gerechte Verschraubung erforderlich. Der Motoranschluss erfolgt über die halogenfreie Motorleitung, 4 x 1,5 mm2 + 2 x (2 x 0,75 mm2, geschirmt, DESINA-konform, mit 2 m, (SET-M4/2-HF) oder 5 m, (SET-M4/5-HF) Länge.

400 V M 3h

3 h 400 V PE 50/60 Hz

Alternativ: Selbstkonfektionierte Motorleitung mit Stecker SET-M4-A, Kontakte 4 x 1,5 mm2 + 4 x 0,75 mm2.

1

3

4

6

PE

7

5

8

2-79

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives System Rapid Link

Servoleitung SET-M4/... 1 – 3 5 7 6 2 8 PE

1 • 3 4 5 6 7 8 PE

5

8

1

7

3

341(230)-...

400 V AC

230 V AC

– – – B1 (h) – B2 (h) – – –

– – – B1 (h) – B2 (h) – – –

i

M 3h

2

RA-SP2-... 341-...

U1 – W1 – – – V1 – PE

– – – – T1 – – T2 –

PE 5

8

1

7

3

PE

PES

PES

F 10 m

PES

PES

T1 T2 U1 V1 W1 PE M3h i

230 S1

2-80

/ 400 V 0.75 kW 1430 rpm

e

T1 T2 U1 V1 W1 PE M3h i

3.2 / 1.9 A cos ϕ 0.79 50 Hz

U1

V1

W1

W2

U2

V2

400 S1

/ 690 V 0.75 kW 1430 rpm

e

1.9 / 1.1 A cos ϕ 0.79 50 Hz

U1

V1

W1

W2

U2

V2

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Elektronische Motorstarter und Drives System Rapid Link 5

8

1

7

3

PE

4

5

6

8

1

7

3

PE

PES

PES

2 PES T1

T2

U1

V1

W1 PE

PES

B1

e

B2

T1

T2

U1

V1

W1 PE

e

M3h M 3h

i

RA-SP2-341-...

Zur Ansteuerung von Bremsmotoren bieten die Motorenhersteller Bremsgleichrichter an, die im Motorklemmbrett untergebracht werden. Hinweis: Der Bremsgleichrichter darf bei der Speed Control Unit RA-SP nicht direkt an den Motorklemmen (U/V/W) angeschlossen werden!

2-81

Moeller-Schaltungsbuch 01/03

Notizen

2

2-82