Geregelte Antriebe oder Servomotoren sind in aller Munde: Doch es sind einfache Antriebe - meist dreiphasige Asynchronmotoren -, die am häufigsten in den Fabriken zu finden sind. Eine platzsparende Motorstarter-­Kombination zahlt sich hier besonders aus.

Die meisten Elektromotoren arbeiten noch immer ungeregelt. Installiert sind sie häufig in der Peripherie und treiben Förderbänder, Pumpen, Schleif- oder Schneidemaschinen an. Dabei handelt es sich überwiegend um dreiphasig betriebene Asynchronmotoren, die einen Leistungsbereich von weniger als 3 kW abdecken. Jeder dieser Motoren muss auf Basis eines Steuersignals eingeschaltet, gewendet und wieder ausgeschaltet werden. Zudem muss der Motor vor Überlast geschützt werden. Ferner sollen Applikationen, von denen eine Gefahr für den Bediener und die Maschine ausgeht, durch Drücken eines Not-Halt-Schalters oder Durchschreiten einer Lichtschranke, sicher abgeschaltet werden.
Üblicherweise werden für einen Wende­starter zwei Schütze benötigt. Ein Gerät setzt den Rechtslauf, das andere den Linkslauf um, wobei beim Linkslauf-Schütz im Vergleich zum Rechtslauf-Schütz zwei Phasen getauscht werden. Für den Motorschutz kommt ein Motorschutzrelais zum Einsatz, das in der Regel auf einer Bimetalltechnik basiert. Das Metall erhitzt sich aufgrund des fließenden Stroms, öffnet im Fall eines Überstroms und sendet ein Signal zum Abschalten. Um zudem die Anforderungen an einen Not-Halt gemäß DIN EN ISO 13849-1 zu erfüllen, ist eine redun­dant ausgelegte Not-Abschaltung erforderlich, die über zwei in Reihe geschaltete Not-Halt-Schütze realisiert wird. Der Platzbedarf und Verdrahtungsaufwand für die Installation einer solchen Kombination ist enorm.

Verlustarme Schaltungstechnik
Daher fordern insbesondere Anwender aus dem Bereich Maschinen- und Anlagenbau kompakte und einfach zu montierende Schalterkombinationen. Deshalb hat Phoenix Contact die Hybrid-Technologie Contactron entwickelt und sie für Antriebe bis 3 kW optimiert. Der Hybrid-Starter kombiniert die verschleißfreie Halbleiter-Schalttechnik mit der Relais-Technologie und ist nur 22,5 Millimeter breit. So kann Platz im Schaltschrank gespart werden. Die Abbildung nebenan zeigt exem­plarisch die Schaltung des Leistungsstrompfads. Der Einschaltvorgang selber erfolgt in drei Schritten. Zunächst werden die Relais K1 und K2 geschlossen. Da die Halbleiter V1 und V2 noch nicht geschaltet haben, fließt in den Phasen L1, L2 und L3 kein Strom. Im zweiten Schritt schalten die Halbleiter V1 und V2 zu. Jetzt fließt in allen drei Phasen Strom und der Motor läuft an. Die Halbleiter übernehmen den Anlaufstrom, der im ersten Moment ein Vielfaches des Nennstroms des Motors betragen kann. Während dieser Zeit produzieren die Halbleiter eine Verlustleistung, die als Wärme abgeführt werden müsste. Um die Verlustleistung und damit die Wärmeentwicklung zu stoppen, wird das Bypass-Relais K3 geschlossen und die Halbleiter werden abgeschaltet. Der Strom fließt nun ausschließlich über Relais, die ihn mit einem niedrigen Kontaktwiderstand führen. Beim Abschalten funktioniert dieser Vorgang, der durch einen Mikrocontroller gesteuert und überwacht wird, in umgekehrter Reihenfolge.

 Längere Lebensdauer
Ein Vorteil der beschriebenen Schalt­sequenz liegt darin, dass die Relais spannungslos schließen oder öffnen. Es entstehen also keine Lichtbögen, die in einem Kontaktabbrand oder im schlimmeren Fall in Kontaktverschmelzungen resultieren können. Zudem unterliegen die Halbleiter-Schaltelemente keinem mechanischen Verschleiß und werden wegen der nur kurz auftretenden Belastung kaum in Mitleidenschaft gezogen. Deshalb weisen die Motorstarter der Produktfamilie Contactron im Vergleich zu rein mechanischen Schaltelementen wie einem Schütz eine bis zu zehnmal höhere Lebensdauer auf.
Aufgrund der redundanten Auslegung der Schaltung ist im Bedarfsfall ein zertifizierter Not-Halt möglich. Die Geräte werden somit den Anforderungen an eine hochwertige Wendeschütz-Kombination mit Not-Halt gemäß DIN EN ISO 13849-1 mit dem Performance Level PL e und einem Motorschutz gerecht. Die Rückmeldung über ein integriertes potentialfreies Wechsler-Relais und eine LED-Statusanzeige erlauben eine schnelle Analyse im Fehlerfall und tragen so zu einer hohen Verfügbarkeit der Applikation bei.

Fazit
Die Hybrid-Motorstarter der ELR-Reihe von Phoenix Contact vereinen die dargestellten Funktionen in einem Gehäuse, das lediglich 22,5 Millimeter breit ist. Die Geräte sind in drei Leistungsklassen für Nennströme bis 0,6 A, 2,4 A und 6,5 A motorische Last erhältlich. Durch ihren Einsatz reduzieren sich der Montageaufwand und der Platzbedarf im Vergleich zur konventionellen Schalt- und Verdrahtungstechnik um bis zu 75 Prozent. Darüber hinaus lassen sich die Hybrid-Motorstarter über die SmartWire-DT-Technologie in Feldbussysteme wie Profibus, Profinet, CANopen Ethernet/IP oder Modbus TCP einbinden.