Drehstrom-Asynchron-Elektromotor 90 kW: Baugröße 280M und 315M, Drehzahl und Anlauf

Bei der Auswahl eines Drehstrom-Asynchron-Elektromotors mit 90 kW ist die Drehzahl die erste Entscheidung; Baugröße, Strom, Drehmoment und sogar die Vorbereitung des Sockels ergeben sich erst danach. In der 90-kW-Baureihe von HEM Motor haben die Modelle mit 3000 und 1500 U/min die IEC-Baugröße 280M, das Modell mit 1000 U/min dagegen die nächsthöhere Baugröße 315M. Alle drei Modelle haben eine 400/690-V-Wicklung (Δ/Y); diese Wicklung eignet sich am 400-V-Netz direkt für den Stern-Dreieck-Anlauf. In diesem Beitrag behandeln wir diese für 90 kW typischen Unterschiede, die Anlaufoptionen und die Angaben, die für die Schaltschrank- und Kabelberechnung vorzubereiten sind.

Drei Drehzahlen, zwei Baugrößen: Vergleich der 90-kW-Modelle

Bei gleicher Leistung steigt mit sinkender Drehzahl das Drehmoment, das der Elektromotor an der Welle erzeugen muss. Mit wachsendem Drehmoment werden auch Rotor- und Statorpaket größer; deshalb hat der 6-polige Elektromotor mit 90 kW eine größere Baugröße als seine 2- und 4-poligen Geschwister. Die folgenden Werte stammen aus den Produktdaten von HEM Motor (entspricht 125 HP, Bemessungsstrom bei 400 V):

Aus der Tabelle ergeben sich zwei praktische Folgerungen. Erstens ist das Drehmoment des Modells mit 1000 U/min etwa dreimal so hoch wie das des Modells mit 3000 U/min; dieser Unterschied ist bei der Dimensionierung von Kupplung, Getriebeeingang und Fundamentschrauben zu berücksichtigen. Zweitens liegen die Ströme nah beieinander; auf der Schaltschrankseite ist der Unterschied zwischen den drei Modellen also gering, der eigentliche Unterschied liegt auf der mechanischen Seite. Alle drei Modelle haben ein Graugussgehäuse, Schutzart IP55 und Isolationsklasse F und sind für das 50-Hz-Netz gewickelt.

Was bedeutet der drehzahlabhängige Baugrößenunterschied vor Ort?

Die IEC-Baugröße gibt die Höhe der Wellenachse über der Fußauflage in Millimetern an. Beim Wechsel von Baugröße 280M auf 315M steigt die Achshöhe, und Fußanschlussmaße sowie Wellendurchmesser ändern sich. Einen alten 4-poligen Elektromotor mit 90 kW auf demselben Sockel durch einen 6-poligen mit 90 kW zu ersetzen, ist daher nicht direkt möglich; Sockel, Kupplungsausrichtung und Antriebsübersetzung sind neu zu betrachten.

Wird ein Drehzahlwechsel erwogen, klären Sie zuerst die von der Maschine geforderte Wellendrehzahl. Bei einem Getriebeantrieb beispielsweise ändert der Wechsel von 1500 auf 1000 U/min auch die Abtriebsdrehzahl des Getriebes. Um Baugrößenmaße und Fußlöcher mit dem Sockel zu vergleichen, nutzen Sie die technischen 2D-Zeichnungen je Baugröße; entnehmen Sie die Maße der Zeichnung, statt sie zu schätzen.

Was beim Austausch des vorhandenen Elektromotors zu prüfen ist

• Baugrößencode (z. B. 280M, 315M) und Nenndrehzahl auf dem Typenschild des alten Elektromotors.
• Bauform: In dieser Leistungsklasse wird meist die Fußausführung (B3) verwendet; eine Flanschausführung wird bei der Bestellung gesondert bestätigt.
• Kupplungstyp oder Riemenscheibenanbindung; beim Riementrieb die Querkraft, die die Welle aufnehmen muss.
• Auf welcher Seite der Klemmenkasten liegt und in welche Richtung die Kabeleinführung zeigt.

400/690-V-Wicklung und Anlaufoptionen

Auf dem Typenschild aller drei Modelle steht 400/690 V (Δ/Y). Das bedeutet, dass der Elektromotor am 400-V-Netz in Dreieckschaltung mit voller Spannung arbeitet, am 690-V-Netz in Sternschaltung. Da er für die Dreieck-Betriebsspannung am 400-V-Netz gewickelt ist, eignet er sich für den Stern-Dreieck-Anlauf. Bei 90 kW belastet ein Direktanlauf das Netz in den meisten Betrieben zu stark; die Wahl des Verfahrens ist daher wichtig.

• Stern-Dreieck: Beim Anlauf ist der Elektromotor im Stern geschaltet; der aus dem Netz bezogene Anlaufstrom und das Anlaufmoment sinken gegenüber dem Direktanlauf auf etwa ein Drittel. Bei Lasten, die leer oder mit geringer Last anlaufen, wie Ventilatoren, Kreiselpumpen und Kompressoren, ist dies eine verbreitete Lösung. Verlangt die Last beim Anlauf ein hohes Drehmoment, kann der Elektromotor im Stern möglicherweise nicht ausreichend beschleunigen; auch die Stromspitze beim Umschalten ist zu berücksichtigen.
• Sanftanlasser: Begrenzt den Strom durch stufenloses Hochfahren der Spannung; da das Drehmoment mit dem Quadrat der Spannung sinkt, ist die Einstellung beim Lastanlauf sorgfältig vorzunehmen. Bei Pumpen wird zudem die Funktion zur Minderung von Druckstößen beim Auslauf genutzt.
• Frequenzumrichter: Hält den Anlaufstrom auf dem niedrigsten Niveau und ist die einzige Lösung, wenn eine Drehzahlverstellung nötig ist. Unsere Drehstrom-Baureihen eignen sich für die Drehzahlregelung am Frequenzumrichter; bei längerem Betrieb mit niedriger Drehzahl und vollem Drehmoment kann ein Fremdlüfter nötig sein, bei langer Leitung zwischen Umrichter und Elektromotor wird ein dU/dt- oder Sinusfilter geprüft; diese Bedingungen sind bei der Bestellung anzugeben.

Entscheidend für die Wahl des Verfahrens sind das Drehmoment, das die Maschine beim Anlauf verlangt, und inwieweit das Netz (Transformatorleistung und übrige Verbraucher) den Anlaufstrom verkraften kann. Sind diese beiden Angaben geklärt, sehen Sie sich passende Modelle von HEM Motor und aktuelle Preise an.

Angaben für Kabel und Schaltschrank

Kabelquerschnitt und Schaltgeräte eines Elektromotors mit 90 kW werden vom Projekt- oder Schaltschrankingenieur berechnet; sie lassen sich nicht allein vom Typenschild ablesen. Damit die Berechnung korrekt erfolgen kann, sind dem Ingenieur folgende Angaben gemeinsam zu übermitteln:

• Bemessungsstrom: bei 400 V 152 A (280M-2), 155 A (280M-4) oder 161 A (315M-6).
• Anlaufart: Bei Stern-Dreieck führen zwei getrennte Kabelgruppen zum Elektromotor, und die Schütze werden nach dem Strangstrom ausgewählt; beim Umrichterbetrieb werden das Ausgangskabel des Umrichters und der Filterbedarf gesondert bewertet.
• Länge der Kabeltrasse, Verlegeart (Kanal, Kabelpritsche, Erdverlegung) und Umgebungstemperatur.
• Zulässiger Spannungsfall vom Schaltschrank zum Elektromotor sowie Kurzschlussleistung des Netzes.
• Schutzkonzept: Einstellbereich des thermischen oder elektronischen Motorschutzrelais, gegebenenfalls Wunsch nach Wicklungstemperaturfühlern.

Allgemeine Informationen dazu, wie das Schutzrelais nach dem Bemessungsstrom eingestellt wird, finden Sie in unserem Beitrag zum Motorschutz.

Transport, Heben und Fundament

Elektromotoren der Baugrößen 280M und 315M sind nicht von Hand zu transportieren. Vor der Lieferung sind Kran oder Gabelstapler vor Ort einzuplanen, und der Elektromotor darf nur an den Ringschrauben am Gehäuse angehoben werden. An Wellenende, Lüfterhaube oder Klemmenkasten wird nicht angeschlagen.

Das Fundament ist so auszuführen, dass es das Nenndrehmoment des Elektromotors und die Reaktionskraft beim Anlauf schwingungsfrei aufnimmt; das Nenndrehmoment des 315M-6 von rund 870 Nm bedeutet in dieser Hinsicht die dreifache Last des 280M-2. Die Sockelfläche muss eben sein, unter den Füßen dürfen keine Hohlräume bleiben, und die Kupplungsausrichtung ist vor dem ersten Einschalten sowie nach den ersten Betriebsstunden erneut zu prüfen. Wird der Elektromotor nicht sofort montiert, ist er an einem trockenen, schwingungsfreien Ort zu lagern.

Hypothetisches Beispiel: Elektromotor mit 90 kW für eine Kreiselpumpe

Hypothetisches Beispiel: Für eine Kreiselpumpe in einer Bewässerungsanlage, die mit etwa 1480 U/min läuft, wird ein Elektromotor mit 90 kW gesucht. Da die Pumpe beim Anlauf ein geringes Drehmoment verlangt und der Transformator der Anlage begrenzt ist, wird ein Stern-Dreieck-Anlauf geplant. Zur Pumpendrehzahl passt das Modell 280M-4 (1486 U/min, 155 A). Der Schaltschrankingenieur berechnet den Querschnitt aus 155 A Bemessungsstrom, Kabeltrasse und Verlegeart; der Sockel bleibt unverändert, da er dem vorhandenen alten Elektromotor der Baugröße 280M entspricht. Wären für die Pumpe 1000 U/min gefordert, wären Baugröße 315M und ein neuer Sockel nötig gewesen.

Spezifische Informationen zu Pumpenanwendungen finden Sie auf unserer Seite Elektromotoren für Pumpen, unsere gesamte Baureihe großer Baugrößen in der Kategorie Modelle mit Graugussgehäuse.

Fazit und Angaben für die Bestellung

Die Auswahl eines Elektromotors mit 90 kW beginnt mit der Drehzahl: Baugröße 280M bei 3000 und 1500 U/min, Baugröße 315M bei 1000 U/min. Danach folgen Anlaufart, Schaltschrank- und Kabelangaben sowie die Vorbereitung von Transport und Fundament. Halten Sie vor der Bestellung Leistung, Drehzahl, Bauform, Netzspannung, Anlaufart, Einsatzbereich und nach Möglichkeit ein Foto des Typenschilds des vorhandenen Elektromotors bereit.

90-kW-Modelle und aktuelle Preise finden Sie in unserem Online-Shop. Übermitteln Sie Typenschildfoto, Drehzahl und Montageangaben Ihres vorhandenen Elektromotors über die Seite für den Typenschild-Upload und fordern Sie ein Angebot für das passende Modell an.

Häufig gestellte Fragen

Wie viel HP hat ein Elektromotor mit 90 kW?

90 kW entsprechen etwa 121 HP; im Markt und in den Produktdaten wird diese Stufe als 125 HP bezeichnet. Maßgeblich für die Auswahl ist der kW-Wert.

Warum hat der Elektromotor mit 90 kW und 1000 U/min eine größere Baugröße?

Bei gleicher Leistung steigt mit sinkender Drehzahl das Drehmoment, und zur Erzeugung dieses Drehmoments ist ein größeres Magnetpaket nötig. Deshalb hat das 6-polige 90-kW-Modell die Baugröße 315M, die 2- und 4-poligen Modelle die Baugröße 280M.

Ist ein Direktanlauf beim Elektromotor mit 90 kW möglich?

Technisch ist er möglich, doch da der Anlaufstrom auf ein Mehrfaches des Bemessungsstroms steigt, sind Transformator und Netz in den meisten Anlagen nicht dafür ausgelegt. In der Regel werden Stern-Dreieck, Sanftanlasser oder Frequenzumrichter bevorzugt.

Wer legt den Kabelquerschnitt für einen Elektromotor mit 90 kW fest?

Den Kabelquerschnitt berechnet der Projekt- oder Schaltschrankingenieur anhand von Bemessungsstrom, Anlaufart, Trassenlänge, Verlegeart und Umgebungstemperatur.