Bei der Installation eines Kompressors müssen Sie verstehen, wie sich jede Komponente auf die anderen auswirkt und welche Normen und Vorschriften gelten. Hier finden Sie eine Übersicht über die Faktoren, die Sie berücksichtigen müssen, um eine ordnungsgemäß funktionierende Installation für Ihr elektrisches System sicherzustellen.
Die Auswahl des richtigen Motors für einen Kompressor ist wichtig, da dadurch sichergestellt wird, dass das System so effizient wie möglich arbeitet.
Dadurch wird das Risiko eines mechanischen Ausfalls minimiert und kostspielige Reparaturen und Ausfallzeiten werden vermieden. Je länger der Motor hält und funktioniert, desto mehr Geld wird gespart.
Beim Betrieb von Kompressoren werden in der Regel Dreiphasen-Käfigläuferinduktionsmotoren verwendet. Niederspannungsmotoren sind ideal für eine Leistung von bis zu 450–500 kW, während Hochspannungsmotoren für eine höhere Leistung besser geeignet sind.
Der Motor ist normalerweise lüftergekühlt und für den Betrieb bei Temperaturen bis zu 40 °C und einer Höhe von 1000 m ausgelegt. Einige Hersteller bieten Standardmotoren für eine maximale Umgebungstemperatur von 46 °C an. Bei der Auslegung von Kompressoranlagen in größeren Höhen oder bei höheren Temperaturen muss die Leistung gedrosselt werden.
Der Motor ist in der Regel angeflanscht und direkt mit dem Kompressor verbunden. Die Drehzahl muss an den Kompressortyp angepasst sein, aber in der Praxis werden nur 2-polige oder 4-polige Motoren mit einer entsprechenden Drehzahl von 3.000 U/min eingesetzt. Die Nennleistung des Motors wird ebenfalls festgelegt (bei 1.500 U/min).
Die Verwendung eines überdimensionierten Motors kann zu Folgendem führen:
Höhere Kosten
Unnötig hoher Anlaufstrom
Größere Sicherungen
Niedriger Leistungsfaktor
Verringerte Effizienz
Andererseits führt die Verwendung eines für die Installation zu kleinen Motors möglicherweise zu:
Die Anpassung der Motorleistung an die Anforderungen des Kompressors trägt dazu bei, potenzielle Probleme zu vermeiden, und stellt sicher, dass der Motor optimale Leistung bringt. Dies ist sowohl für den Motor als auch für den Kompressor von Vorteil, da es sowohl die Lebensdauer als auch die Effizienz erhöht.
Die Motorschutzart ist ein Maß dafür, wie gut ein Motor vor dem Eindringen von Staub und Wasser geschützt ist. Die Motorschutzart ist durch Normen geregelt.
Dabei ist zu beachten, dass offene Motoren für den Einsatz mit Kompressoren nicht ideal sind, da sie keinen ausreichenden Schutz vor Staub und Wasser bieten. Beispielsweise kann ein Motor mit Schutzart IP23 nur Spritzwasser oder feinem Nebel standhalten, aber nicht dem vollständigen Eintauchen in Flüssigkeit.
Gegen Staub und Wasser geschützte Motoren (IP55) sind gegenüber offenen Motoren (IP23) vorzuziehen, die eine regelmäßige Demontage und Reinigung erfordern können.
In anderen Fällen führen Staubablagerungen in der Maschine schließlich zu Überhitzung, was wiederum die Lebensdauer verkürzt. Da das Kompressorgehäuse ebenfalls vor Staub und Wasser schützt, kann möglicherweise auch eine Schutzklasse unter IP55 verwendet werden.
Bei der Auswahl eines Motors ist auch die Startmethode zu berücksichtigen. Bei einem Stern-Dreieck-Anlauf wird der Motor nur mit einem Drittel seines normalen Anlaufdrehmoments gestartet. Daher kann ein Vergleich der Drehmomentkurven von Motor und Kompressor hilfreich sein, um einen ordnungsgemäßen Kompressorstart zu gewährleisten.
Die gängigsten Startmethoden sind Direktanlauf, Stern-Dreieck-Anlauf und Sanftanlauf.
Der Direktanlauf ist einfach, benötigt aber einen hohen Anlaufstrom und ein hohes Drehmoment, wodurch der Motor beschädigt werden kann.
Der Stern-Dreieck-Anlauf begrenzt den Anlaufstrom und besteht aus drei Schaltschützen, Überlastschutz und einem Zeitgeber, der den Motor von Stern- auf Dreieckschaltung umschaltet.
Der Sanftanlauf ist eine Methode des allmählichen Starts, bei der Halbleiterschalter verwendet werden, um den Anlaufstrom zu begrenzen.
Der Direktanlauf ist einfach und erfordert nur ein Schaltschütz und einen Überlastschutz. Der Nachteil ist der hohe Anlaufstrom, der dem Sechs- bis Zehnfachen des Motornennstroms entspricht, und das hohes Anlaufdrehmoment, das beispielsweise Wellen und Kupplungen beschädigen kann.
Der Stern-Dreieck-Anlauf wird verwendet, um den Anlaufstrom zu begrenzen. Der Anlasser besteht aus drei Schaltschützen, einem Überlastschutz und einem Zeitgeber.
Der Motor wird mit der Sternschaltung gestartet, und nach einer eingestellten Zeit (wenn die Drehzahl 90 % der Nenndrehzahl erreicht hat) schaltet der Zeitgeber die Schaltschütze so um, dass der Motor über eine Dreieckschaltung verfügt, die für den Betrieb verwendet wird.
Der Stern-Dreieck-Anlauf verringert den Anlaufstrom im Vergleich zum Direktanlauf auf ca. ein Drittel. Gleichzeitig fällt jedoch auch das Anlaufdrehmoment auf ein Drittel ab.
Das relativ niedrige Anlaufdrehmoment bedeutet, dass die Motorlast während der Anlaufphase niedrig sein sollte, damit der Motor praktisch seine Nenndrehzahl erreicht, bevor er auf die Dreieckschaltung wechselt.
Wenn die Drehzahl zu niedrig ist, wird beim Umschalten auf die Dreieckschaltung eine Strom-/Drehmomentspitze erzeugt, die so hoch ist wie bei einem Direktanlauf.
Der Sanftanlauf (oder allmählicher Start) kann eine alternative Startmethode zum Stern-Dreieck-Anlauf sein und verwendet einen Starter, der aus Halbleitern (IGBT-Leistungsschaltern) statt aus mechanischen Schaltschützen besteht. Der Anlauf erfolgt allmählich, und der Anlaufstrom ist auf etwa das Dreifache des Nennstroms begrenzt.
Die Starter für Direktanlauf und Stern-Dreieck-Anlauf sind in den meisten Fällen in den Kompressor integriert.
Bei einer großen Kompressoranlage können die Einheiten aus folgenden Gründen separat in der Schaltanlage eingebaut werden:
(Hier finden Sie weitere Informationen dazu, wie Sie optimale Arbeitsbedingungen in Ihrem Kompressorraum schaffen können.)
Beachten Sie, dass Starter für den Sanftanlauf aufgrund der Wärmeabstrahlung in der Regel getrennt neben dem Kompressor untergebracht werden. Sie können jedoch in das Kompressorpaket integriert werden, sofern das Kühlsystem ordnungsgemäß ausgelegt wurde. Bei hochspannungsbetriebenen Kompressoren befinden sich die Starter immer in einem separaten Schaltschrank.
Lernen Sie die wichtigsten Prinzipien von Elektromotoren kennen.
In den meisten Fällen ist es nicht erforderlich, eine separate Steuerspannung an den Kompressor anzuschließen, da dieser bereits über einen integrierten Steuertransformator verfügt. Die Primärseite des Transformators ist mit der Stromversorgung des Kompressors verbunden, was einen zuverlässigeren Betrieb ermöglicht.
Bei Problemen mit der Stromversorgung stoppt der Kompressor sofort und startet nicht neu. Diese Funktion mit einer intern gespeisten Steuerspannung sollte verwendet werden, wenn sich der Starter weit vom Kompressor entfernt befindet.
Die Kabel müssen entsprechend den Vorgaben der Norm „so bemessen sein, dass sie im Normalbetrieb keinen übermäßigen Temperaturen ausgesetzt sind und durch einen elektrischen Kurzschluss weder thermisch noch mechanisch beschädigt werden“.
Bei der Auswahl der richtigen Kabel für eine Aufgabe müssen Sie Folgendes berücksichtigen:
Sicherungen können verwendet werden, um die Kabel vor Kurzschlüssen und Überlast zu schützen.
Bei der Verwendung von Motoren benötigen Sie zwei Schutzvorrichtungen: Ein Kurzschlussschutz, wie Sicherungen, wird verwendet, um gefährliche elektrische Kurzschlüsse zu verhindern. Ein Überlastschutz, der in der Regel der im Anlasser enthaltene Motorschutz ist, löst eine Unterbrechung im Anlasser aus, wenn der Strom einen bestimmten Wert überschreitet. Dadurch werden der Motor und seine Kabel geschützt.
Der Kurzschlussschutz schützt den Anlasser, den Überlastschutz und die Kabel. Die richtige Kabelgröße finden Sie in IEC 60364-5-52.
Aber es gibt noch einen weiteren wichtigen Faktor: die Auslösebedingung. Dies bedeutet, dass die Installation so ausgelegt sein sollte, dass sie bei einem Kurzschluss schnell und sicher unterbrochen werden kann. Um sicherzustellen, dass die Bedingung erfüllt ist, müssen Sie die Kabellänge, den Querschnitt und den Kurzschlussschutz berücksichtigen.
Der Kurzschlussschutz befindet sich an einem der Startpunkte der Kabel und kann Sicherungen oder einen Leistungsschalter umfassen. Beide Optionen bieten den richtigen Schutz, wenn die von Ihnen ausgewählte Lösung korrekt auf das System abgestimmt ist.
Sicherungen funktionieren besser bei hohen Kurzschlussströmen, erzeugen aber keine vollständig isolierende Unterbrechung und haben bei kleinen Kurzschlüssen lange Auslösezeiten. Leistungsschalter sorgen für eine schnelle und vollständig isolierende Unterbrechung, selbst bei kleinen Kurzschlüssen, erfordern jedoch mehr Planung. Die Auslegung des Kurzschlussschutzes hängt von der erwarteten Last und den Einschränkungen der Startereinheit ab.
Informationen zum Kurzschlussschutz des Starters finden Sie in der Norm IEC 60947-4-1 Typ 1 & Typ 2 der Internationalen Elektrotechnischen Kommission.
Die Auswahl von Typ 1 oder Typ 2 basiert darauf, wie sich ein Kurzschluss auf den Starter auswirkt.
Typ 1: „… unter Kurzschlussbedingungen darf das Schaltschütz oder der Starter keine Gefahr für Personen oder die Anlage darstellen und ist möglicherweise ohne Reparatur und Austausch von Teilen nicht für den Weiterbetrieb geeignet.“
Typ 2: „… unter Kurzschlussbedingungen darf das Schaltschütz oder der Starter keine Gefahr für Personen oder die Anlagen darstellen und muss für den weiteren Gebrauch geeignet sein. Die Gefahr des Schmelzens der Schaltschütze durch einen Lichtbogen wird erkannt, in diesem Fall sind vom Hersteller die Instandhaltungsmaßnahmen anzugeben …“
Elektromotoren verbrauchen sowohl Wirkleistung (die in mechanische Arbeit umgewandelt wird) als auch Blindleistung (die den Motor magnetisiert). Die Blindleistung belastet die Kabel und den Transformator. Der Leistungsfaktor cos φ bestimmt das Verhältnis zwischen beiden. Er liegt in der Regel zwischen 0,7 und 0,9, wobei kleinere Motoren einen niedrigeren Wert aufweisen.
Sie können den Leistungsfaktor auf nahezu 1 erhöhen, indem die Blindleistung direkt von der Maschine mithilfe eines Kondensators erzeugt wird. Das bedeutet, dass Sie nicht so viel Blindleistung aus dem Netz beziehen müssen. Dadurch werden zusätzliche an den Stromversorger zu zahlende Kosten für die Entnahme von Blindleistung oberhalb eines vorgegebenen Werts vermieden. Es hilft auch dabei, stark beanspruchte Transformatoren und Kabel zu entlasten.
Unter Berücksichtigung dieser Faktoren können Sie ein ordnungsgemäß funktionierendes elektrisches System erstellen, das die Leistung und Lebensdauer Ihres Kompressors maximiert.
Die Verwendung eines Motors, der zu groß für einen Kompressor ist, kann zu verschiedenen Nachteilen führen. Dazu zählen höhere Kosten, ein höherer Anlaufstrom, die Notwendigkeit größerer Sicherungen, ein geringerer Leistungsfaktor und ein geringerer Wirkungsgrad.
Wenn ein Motor für die Installation zu klein ist, kann er überlastet werden und zu Ausfällen neigen.
Wenn Sie sich noch nicht sicher sind, welchen Kompressor Sie benötigen, finden Sie hier einige hilfreiche Tipps zur Auswahl eines Kompressors.
Erfahren Sie unten mehr über die Installation eines Kompressorsystems.
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