Motorschutzeinrichtungen

Der Motorschutz schützt Elektromotoren vor thermischer und mechanischer Überlastung oder bei Ausfall eines einzelnen oder zweier Außenleiter. Die Motorschutzeinrichtung muss einerseits den wirtschaftlichen Betrieb des Motors bei voller Nutzung der Kennwerte ermöglichen, aber anderseits ausreichend schnell auf Überlastungen reagieren.

Für den Motorvollschutz sind folgende Einrichtungen grundsätzlich zu empfehlen:

• Motorschutzschalter
• Thermische Überwachung
• Überlastabschaltung bei Blockadesituationen

Primärer Motorschutz

Neben der Hauptabsicherung der Zuleitung ist der Motorschutzschalter die primäre Absicherung. Der Motorschutzschalter überwacht die Ströme in den einzelnen Phasen (Außenleiter), die aber so ausgelegt sein müssen, dass Spitzenströme beim Einschalten und gewisse Reserven abgedeckt sind. Ausfälle von Außenleitern werden dadurch auch erkannt. Der Schutzschalter hat immer eine Über- und eine Kurzschlussstrom-Auslöseeinrichtung. Zudem schalten sie immer den Hauptstromkreis direkt ab.

Thermische Überwachung

Elektromotoren sind für einen bestimmten Bemessungsbetrieb ausgelegt, bei dem die kritischen Teile des Motors im zulässigen Temperaturbereich bleiben und kurzzeitige Überlastungen sich nicht gefährdend auswirken. 

Je nach Motortyp und Auslastung am Arbeitspunkt bei Nennkraft des Elektrozylinders ist die Einschaltdauer zu beachten. Als Einschaltdauer (ED) bezeichnet man ein maximal zulässiges Betriebsintervall nach dem eine Ruhephase für die Abkühlung zu erfolgen hat, um den Motor nicht zu beschädigen oder zu zerstören. Die Betriebsarten sind u. a. in der VDE 0520 festgelegt.

Für Elektrozylinder wird grundsätzlich die Betriebsart S3 - Aussetzbetrieb bezogen auf 10 min herangezogen. 

Die Einschaltdauer kann dimensionslos als Prozentangabe (Verhältnis von Nutzungsdauer zum Beobachtungszeitraum) angegeben werden. In der Regel wird ergänzend zur Prozentangabe der Nutzungszeitraum angegeben. Wenn nicht, gilt als Nutzungszeitraum 10 Minuten.

• Beispiel Gleichstrommotor: 20 % ED S3 - also z. B. 2 Minuten Betrieb, dann 8 Minuten Auskühlung 

Isolationsklassen der Motorwicklung und ihre Temperaturen:

Die Isolationsklassen nach DIN EN 60085 werden durch Buchstaben gekennzeichnet, die jeweils mit einer bestimmten maximalen Temperatur assoziiert sind. Bei RACO-Drehstrommotoren wird standardmäßig die Isolationsklasse F eingesetzt. 

• Isolationsklasse E: Maximal zulässige Temperatur von 120 °C (empf. Umgebungstemperatur max. 45 °C)
• Isolationsklasse F: Maximal zulässige Temperatur von 155 °C (empf. Umgebungstemperatur max. 60 °C)
• Isolationsklasse H: Maximal zulässige Temperatur von 180 °C (empf. Umgebungstemperatur max. 80 °C)

Die Temperaturüberwachung der Motorwicklung ist entsprechend der Abschalttemperatur für die entsprechende ISO Klasse ausgelegt. RACO Drehstrommotoren sind standardmäßig mit Thermokontakten ausgestattet. Optional Kaltleiterfühler (PTC / PT100). Die Überwachungseinrichtungen müssen über die Wegsensorik EPS02 oder EPS06 bzw. kundenseitig ausgewertet werden.

Überlastabschaltung (UPM-Funktion)

Elektrozylinder, bzw. Elektromotoren müssen grundsätzlich so betrieben werden, dass Sie über Endlagenschalter abschalten und nicht in eine Blockadesituation kommen. Insbesondere Drehstrommotoren können aufgrund des Drehmomentverhaltens bei Blockade ein mehrfaches des Nennmoments erreichen, was innerhalb kurzer Zeit zur Zerstörung der Motorwicklung führt, bzw. zu einer mechanischen Beschädigungen am Elektrozylinder oder an der kundenseitigen Einrichtung aufgrund der stark erhöhten Kräfte. 

Über den Motorschutzschalter, der hier nur grob überwachen kann mit Reserven für den Anlaufbetrieb und den thermischen Schutz, der nur langfristig auf Erwärmung durch die Einschaltdauer reagiert, sollte bei Anwendungen, bei denen es vorkommen kann, das durch Blockaden die Endlage nicht erreicht wird um abzuschalten, einen Überlastabschaltung eingesetzt werden. Gerade in der Fördertechnik von Schüttgütern an Schiebern und Klappen ist dies ein mögliches Szenario.

Um hier schnell reagieren zu können empfehlen sich die folgenden ergänzenden Maßnahmen, welche die obenstehenden nicht ersetzen für einen Motorvollschutz:

• Drehzahlüberwachung mittels Wegsensorik EPS06
  Die Sensorik ermittelt die aktuelle Drehzahl, sollte diese unter einen eingestellten Wert (werkseitig voreingestellt auf die Nennkraft) wird ein Schaltkontakt ausgelöst, der über die kundenseitige Steuerung den Motor abschaltet. Die Funktion ist beidseitig wirksam und mit einer wiederanlaufsperre in die Blockaderichtung ausgestattet
• Lastwächter cos φ
  Um auf der elektrischen Seite des Asynchronmotors eine Aussage über die aktuelle Motorlast treffen zu können, eignet sich auch die Auswertung des cos φ, besonders bei Motoren mit weicher Kennlinie ohne ausgeprägtes Kippmoment. Typische Werte liegen zwischen 0,85 und 0,95 bei Nennleistung.  Ein Motor im Leerlauf besitzt einen deutlich schlechteren cos φ als im Nennlastbereich. Die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung nähert sich dem theoretischen Maximalwert von 90°. Das heißt, der cos φ verschiebt sich Richtung 0. Der Motor stellt also eine fast rein induktive Last dar. Das bewirkt eine höhere Blindleistungsbelastung des Netzes. Bei einem Motor mit zu hoher Belastung geht die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung in Richtung 0° und damit der cos φ gegen 1. Bei einer unendlich hohen Belastung, also Blockierung des Antriebs, wirkt theoretisch rein der ohmsche Anteil der Motorwicklung. Die Phasenverschiebung verläuft also umgekehrt zur Belastung des Motors.
• Mechanischer Kraftendschalter
  In speziellen Fällen können die Zylinder der Baureihe 1 mit einem mechanischen Kraftendschalter ausgerüstet werden. Hierzu wird das Spindelsystem im Lagergehäuse in einem beidseitig wirkenden Federpaket gelagert. Über Mikroschalter kann die Abschaltkraft je nach Federweg bei der Maximalkraft für Schub und Zug getrennt eingestellt werden (werkseitig eingestellt). Diese müssen dann über die kundenseitige Steuerung beim Öffnen des Kontaktes den Motor abschalten.