Lange Anlaufzeit beim Elektromotor großer Ventilatoren: Wie wählt man das Anlaufverfahren?

Eine lange Anlaufzeit bei einem großen Ventilator bedeutet meist nicht, dass der Elektromotor zu klein ist, sondern dass das Laufrad eine große Trägheit hat. Die eigentliche Frage lautet, ob Wicklung und Schutzeinrichtung dem hohen Strom während dieser Zeit standhalten. Die richtige Lösung ergibt sich aus der gemeinsamen Betrachtung von Laufradträgheit, Anlaufvermögen des Elektromotors und Anlaufverfahren. In diesem Beitrag erläutern wir, wovon die Anlaufzeit abhängt, was die einzelnen Anlaufverfahren für einen Ventilator bedeuten und worauf bei der Auswahl des Elektromotors zu achten ist.

Wovon hängt die Anlaufzeit ab?

Damit ein Elektromotor den Ventilator beschleunigen kann, muss sein Drehmoment größer sein als das Drehmoment, das der Ventilator bei der jeweiligen Drehzahl verlangt. Die Differenz heißt Beschleunigungsmoment. Die Anlaufzeit ergibt sich grob aus folgender Beziehung: Zeit ≈ Gesamtträgheitsmoment × Winkelgeschwindigkeit / mittleres Beschleunigungsmoment. Daraus folgen drei Erkenntnisse:

• Je größer die Trägheit, desto länger die Zeit: Bei großen, schweren Laufrädern wächst die Trägheit etwa mit dem Quadrat des Durchmessers. Wird der Laufraddurchmesser etwas größer, kann sich die Anlaufzeit deutlich verlängern.
• Je kleiner das Beschleunigungsmoment, desto länger die Zeit: Senkt das Anlaufverfahren das Drehmoment des Elektromotors oder wird der Ventilator beim Anlauf mit offener Klappe belastet, verringert sich das Beschleunigungsmoment.
• Je höher die Drehzahl, desto länger die Zeit: Dasselbe Laufrad auf eine höhere Drehzahl zu bringen, erfordert mehr Energie.

Der Vorteil der Ventilatorlast ist, dass der Drehmomentbedarf bei niedriger Drehzahl sehr gering ist; das Ventilatormoment steigt etwa mit dem Quadrat der Drehzahl. Ventilatoren verlangen daher kein großes Anlaufmoment wie Maschinen mit Schweranlauf, wohl aber eine lange Anlaufzeit. Das Problem liegt weniger im Drehmoment als in der Wärme, die sich in dieser Zeit in der Wicklung ansammelt.

Wie belastet ein langer Anlauf den Elektromotor?

Ein Asynchronmotor nimmt beim Direktanlauf ein Mehrfaches seines Nennstroms auf. Dieser Strom erzeugt in der Wicklung und insbesondere in den Läuferstäben rasch Wärme. Wie lange der Elektromotor diesen Zustand aushält, hängt von seiner thermischen Belastbarkeit ab und ist beim Hersteller zu erfragen. Nähert sich die Anlaufzeit dieser Grenze, treten drei Probleme auf:

• Der Schutz löst aus: Überlastrelais oder Motorschutzschalter werten den lang anhaltenden hohen Strom als Überlast und schalten ab, bevor der Elektromotor seine Drehzahl erreicht. Einstellung und Auslöseklasse des Schutzes (z. B. Class 10, 20, 30) müssen zur Anlaufzeit passen; Einzelheiten finden Sie in unserem Beitrag zum Motorschutz.
• Die Wicklung altert: Jeder lange Anlauf belastet die Isolierung thermisch. Bei mehreren Anläufen pro Tag summiert sich diese Belastung.
• Das Netz wird belastet: Lang anhaltender hoher Strom verursacht Spannungsfall in Transformator und Kabeln; mit sinkender Spannung sinkt auch das Drehmoment des Elektromotors, und der Anlauf dauert noch länger.

Bei großen Ventilatoren wird der Elektromotor deshalb nicht nur nach der Betriebsleistung, sondern auch nach den Anlaufbedingungen ausgewählt. Wenn Sie bei der Bestellung das Trägheitsmoment des Ventilators (J, in kgm²; im Datenblatt des Ventilatorherstellers angegeben) und das gewünschte Anlaufverfahren mitteilen, lässt sich beurteilen, ob der Elektromotor diesen Anlauf bewältigt.

Was bedeuten die Anlaufverfahren für einen Ventilator?

Für den Stern-Dreieck-Anlauf ist das Typenschild maßgebend. Die Drehstrommodelle von HEM Motor ab 4 kW tragen die Angabe 400/690 V (Δ/Y); am 400-V-Netz arbeiten sie in Dreieck und eignen sich für Stern-Dreieck-Anlauf. Wird ein Frequenzumrichter eingesetzt, gilt die allgemeine Aussage auf unserer Website: Unsere Drehstrom-Baureihen eignen sich für die Drehzahlregelung am Frequenzumrichter; bei längerem Betrieb mit vollem Drehmoment und niedriger Drehzahl kann ein Fremdlüfter erforderlich sein, bei langen Kabeln zwischen Umrichter und Elektromotor wird ein dU/dt- oder Sinusfilter geprüft; diese Bedingungen sind bei der Bestellung anzugeben.

Maßnahmen auf der Ventilatorseite, die den Anlauf verkürzen

Bevor Elektromotor oder Anlaufverfahren geändert werden, lässt sich auf der Ventilatorseite einiges tun:

• Anlauf mit Klappe: Bei Radialventilatoren sinkt die Leistungsaufnahme bei geschlossener Saugklappe deutlich. Bleibt die Klappe während des Anlaufs geschlossen, steigt das Beschleunigungsmoment, und die Zeit verkürzt sich. Stellen Sie sicher, dass die Klappensteuerung tatsächlich funktioniert.
• Rückwärtslauf verhindern: Bei Ventilatoren mit Kaminanschluss kann sich ein stillstehender Ventilator durch den natürlichen Zug rückwärts drehen. Ein rückwärts drehendes Laufrad erst abzubremsen und dann zu beschleunigen, verlängert den Anlauf und belastet den Elektromotor.
• Laufrad sauber halten: Staub und Ablagerungen am Laufrad erhöhen die Trägheit und verursachen Unwucht.
• Anzahl der Anläufe begrenzen: Bei Ventilatoren mit großer Trägheit erwärmen aufeinanderfolgende Anläufe die Wicklung, ohne dass sie abkühlen kann. Fragen Sie den Hersteller nach der zulässigen Zahl der Anläufe pro Stunde.

Worauf ist bei der Auswahl des Elektromotors zu achten?

Bei großen Ventilatoren richtet sich die Leistung des Elektromotors nach der Wellenleistung im Betrieb; die Anlaufbedingungen bestätigen jedoch, ob diese Leistung ausreicht. Erweist sich die Anlaufzeit als zu lang, liegt die Lösung meist zuerst im Anlaufverfahren; den Elektromotor nur für den Anlauf deutlich größer zu wählen, führt im Betrieb zu einem schwach ausgelasteten Antrieb. Unsere Modelle ab 75 kW haben SF 1,15 (15 % Leistungsreserve); diese Reserve ist ein Sicherheitspuffer gegen unerwartete Lasten im Betrieb und dient weder zur Abdeckung der Anlaufberechnung noch dazu, einen kleineren Elektromotor zu wählen.

Beispiele für 4-polige Modelle mit Graugussgehäuse aus dem Leistungsbereich großer Ventilatoren:

• 225M-4 Grauguss: 45 kW (60 HP), 1485 U/min, IEC 225M, 400/690 V (Δ/Y), 80,2 A, 289,4 Nm.
• 280S-4 Grauguss: 75 kW (100 HP), 1486 U/min, IEC 280S, 400/690 V (Δ/Y), 129 A, 482 Nm, SF 1,15.
• 315S-4 Grauguss: 110 kW (150 HP), 1488 U/min, IEC 315S, 400/690 V (Δ/Y), 187 A, 706 Nm, SF 1,15.

Passende Modelle von HEM Motor und aktuelle Preise finden Sie auf der Seite Elektromotor kaufen. Für die Netz- und Anlaufplanung bei Leistungen ab 200 kW bietet unser Beitrag zur Planung großer Leistungen Orientierung, für Ventilatoranwendungen die Seite Elektromotoren für Ventilatoren und Absauganlagen.

Hypothetisches Beispiel: 75-kW-Saugventilator, der beim Anlauf den Überlastschutz auslöst

Dieses Beispiel dient der Veranschaulichung. Der 4-polige 75-kW-Saugventilator einer Entstaubungsanlage läuft im Stern-Dreieck-Verfahren an und löst gelegentlich unmittelbar nach der Umschaltung auf Dreieck den Überlastschutz aus.

• Die Untersuchung zeigt, dass das Zeitrelais umschaltet, während der Elektromotor noch weit unter seiner Nenndrehzahl ist; bei der Umschaltung auf Dreieck entsteht ein großer Stromstoß.
• Außerdem stellt sich heraus, dass die Saugklappe beim Anlauf offen bleibt.
• Die Klappe wird so geändert, dass sie beim Anlauf geschlossen bleibt, und die Umschaltzeit wird so eingestellt, dass erst nach dem Absinken des Stroms und dem Erreichen der Drehzahl umgeschaltet wird. Die Schutzeinstellung wird anhand der zur Anlaufzeit passenden Auslöseklasse überprüft.
• Ein Austausch des Elektromotors ist nicht nötig; das Problem lag in der Anlaufschaltung.

Fazit und benötigte Angaben für die Bestellung

Eine lange Anlaufzeit ist das gemeinsame Ergebnis von Elektromotor, Ventilatorträgheit und Anlaufverfahren. Für eine korrekte Bewertung teilen Sie uns Folgendes mit:

• Wellenleistung, Drehzahl und Trägheitsmoment des Ventilators (J, kgm²)
• Verwendetes oder geplantes Anlaufverfahren und Schutzorgan
• Falls gemessen, Anlaufzeit und Anlaufstrom
• Anläufe pro Stunde, Klappenanordnung
• Netzspannung und Transformatorleistung; Typenschildfoto des vorhandenen Elektromotors

Modelle und aktuelle Preise finden Sie auf unserer Shopseite. Senden Sie Typenschildfoto, Drehzahl und Montageangaben Ihres vorhandenen Elektromotors über die Seite Typenschild senden und fordern Sie ein Angebot für das passende Modell an. Für weitere Fragen nutzen Sie unsere Kontaktseite.

Häufig gestellte Fragen

Warum ist die Anlaufzeit eines Ventilatorantriebs lang?

Meist ist die Trägheit des Laufrads groß oder das Anlaufverfahren senkt das Drehmoment des Elektromotors. Wird der Ventilator beim Anlauf mit offener Klappe belastet, verlängert sich die Zeit weiter.

Verkürzt ein Sanftanlasser die Anlaufzeit?

Nein, meist verlängert er sie. Er senkt den Strom, verringert aber auch das Drehmoment; der Elektromotor erwärmt sich beim Anlauf länger. Bei Ventilatoren mit hoher Trägheit ist die Strombegrenzung sorgfältig einzustellen.

Reicht der Stern-Dreieck-Anlauf bei großen Ventilatoren aus?

Da das Ventilatormoment bei niedriger Drehzahl gering ist, meist ja. Wichtig ist, dass die Umschaltung auf Dreieck erst erfolgt, wenn der Elektromotor nahe seiner Nenndrehzahl ist.

Sollte ich wegen eines Anlaufproblems die nächstgrößere Leistung wählen?

Zuerst sollten Anlaufverfahren, Klappe und Schutzeinstellung geprüft werden. Einen Elektromotor nur für den Anlauf zu vergrößern, bedeutet einen im Betrieb schwach ausgelasteten Antrieb.