Stern-Dreieck-Anlaufschaltung

Eine Stern-Dreieck-Anlaufschaltung (kurz YΔ-Schaltung) dient dazu, größere Drehstrommotoren mit Kurzschlussläufer mit reduzierter Leistungsaufnahme anlaufen zu lassen. Dies vermeidet das Auslösen von Überstromschutzeinrichtungen aufgrund des sonst hohen Anlaufstroms bei direktem Anlauf (englisch Direct On-Line, DOL ) in Dreieckschaltung.

Bei dem Anlassverfahren wird der Drehstrommotor zum Anlaufen zunächst in Sternschaltung geschaltet, nachfolgend wird der Motor in Dreieckschaltung geschaltet. Die Leistungsaufnahme des Motors beträgt beim Anlaufen in Sternschaltung 1/3 der Leistung in Dreieckschaltung.

Die YΔ-Umschaltung ist durch den Einsatz von Frequenzumrichtern weitgehend hinfällig geworden. Größere Asynchronmotoren wurden zum Anlassen auch oft mit Schleifringläufern ausgeführt. Mit Frequenzumrichtern ist im Gegensatz zur YΔ-Umschaltung eine reduzierte Stromaufnahme bei dennoch hohem Anlaufmoment realisierbar.

Ausführung

In der Praxis wird die Stern-Dreieck-Anlaufschaltung entweder mit einer Schützschaltung oder mit einem Stern-Dreieck-Schalter ausgeführt. Bei der Schützschaltung werden die beiden Schütze elektrisch gegeneinander verriegelt, denn wenn beide einschalten, entsteht ein Kurzschluss. Beim handbetätigten Stern-Dreieckschalter ist die Verriegelung mechanisch gegeben. Die Schützschaltung ist meist mit einem Zeitrelais gesteuert.

Anwendungsbedingungen

Stern-Dreieck-Anlaufschaltung mit Schützkontakten, vereinfachte Darstellung ohne Steuer- und Sicherungseinrichtungen

Allgemein und im u.a. in Europa üblichen Drehstrom-Netz mit einer Spannung von 230/400 V müssen für die Anwendung der Stern-Dreieck-Anlaufschaltung folgende Bedingungen gegeben sein:

Umschaltstromspitze

Stromverlauf des Einschaltvorgangs

Die Stern-Dreieck-Anlaufschaltung (englisch Star-Delta, YΔ, AC motor/Wye-Delta) wird eingesetzt, um den Anlaufstrom eines Asynchronmotors in Dreieckschaltung zu begrenzen. Dabei wird der Motor in der Sternschaltung auf Drehzahl gebracht. Beim Umschalten wird dann nur noch der Dreieckstrom benötigt, der der aktuellen Drehzahl entspricht. Somit wird der Einschaltstrom auf 1/3 gegenüber dem Strom bei Dreieck-Direkteinschaltung reduziert. Jedoch können beim Umschalten von Stern auf Dreieck Netzphasen und Motorfeld in Opposition zueinander stehen. Dies führt zu Ausgleichsvorgängen, was zu einer sehr hohen Umschaltstromspitze führen kann.

 

Spannungsvektoren

Die Umschaltstromspitze ist abhängig von der Lage des neuen Ankerfeldes (L1, L2, L3) zum neu aufzubauenden (L1’, L2’, L3’) und zur Spannung des zusammenbrechenden Läuferfeldes (L1’–N). Bei ungünstigen Kombinationen aus Verschaltung und Umschaltpause können Stromspitzen entstehen, die über dem Anlaufstrom bei Dreieck-Direkteinschaltung liegen. Die Folge ist das Ansprechen der korrekt ausgewählten Kurzschließeinrichtungen. Weitere Folgen sind das Verschweißen bzw. Kontaktabbrand an den Kontakten des Dreieckschützes und hohe dynamische Belastungen des Motors.

Je nach der äußeren Beschaltung der Außenleiter zu den Wicklungen kann die Umschaltstromspitze bis zum Zweifachen des Stromes bei Direkteinschaltung auf Dreieck betragen. Dieser Umschaltstrom wird vermindert, indem Umschaltpause und Verschaltung aufeinander abgestimmt werden.

Eine Umschaltpause ist notwendig, um den ungelöschten Lichtbogen (Ausschaltfunken) des Y-Schützes zusammenbrechen zu lassen, bis das D-Schütz zuschaltet. Als Umschaltzeit werden mindestens 50 ms empfohlen. Ein pausenfreies Umschalten ist mit einer speziellen Anlaufelektronik oder einem zusätzlichen Schütz und Transitionswiderständen möglich.

Verbindung des Außenleiters zu den Motorwicklungen

YD Schaltungsvarianten-svg.svg

Nachfolgend beispielhafte Verschaltung der Hauptstromkreise

Zur Übersichtlichkeit wurde ein Hauptstromkreis mit 5 Schützen gewählt. Es sind auch andere Schaltungen mit weniger Schützen möglich.

Beschaltung eines Stern-Dreieck-Schalters

Bei einem Stern-Dreieck-Schalter des VEB Elektroschaltgerätewerk Rochlitz (DDR, 1980er Jahre) sind beispielsweise Brücken vorinstalliert, sodass nur die Netzspannung (RST) und die Motorwicklungen (U-X, V-Y, W-Z nach DIN) angeschlossen werden müssen:

R→1 U→2 3 Z→4
S→5 V→6 7 X→8
T→9 W→10 11 Y→12

Nach IEC 6034-8 sind das folgende Bezeichnungen:

L1→1 U1→2 3 W2→4
L2→5 V1→6 7 U2→8
L3→9 W1→10 11 V2→12

Die Spalten der Tabelle sind so angeordnet wie üblicherweise auch die Anschlüsse im Klemmkasten des Motors angeordnet sind, wobei die in der dritten Spalte gegraut angeführten Klemmen nicht beschaltet werden.

Literatur

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Basierend auf einem Artikel in: Wikipedia.de
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 07.07. 2022