Wechselrichter für Motoren und induktive Lasten richtig dimensionieren

→ Produktkategorie: Stromversorgung

 

Ein Elektromotor mit 800 W Nennleistung lässt sich nicht automatisch zuverlässig an einem Wechselrichter mit 1.000 W Dauerleistung betreiben. Während des Anlaufs kann der Motor für kurze Zeit ein Mehrfaches seines normalen Betriebsstroms aufnehmen.

Ähnliche Effekte treten bei Transformatoren, Pumpen, Kompressoren, Magnetventilen und anderen induktiven Verbrauchern auf. Entscheidend ist deshalb nicht nur die auf dem Typenschild angegebene Wirkleistung.

Für die Auslegung müssen mindestens:

• Dauerleistung,
• Scheinleistung,
• Leistungsfaktor,
• Anlaufstrom,
• Dauer des Anlaufvorgangs,
• Überlastkennlinie des Wechselrichters,
• Ausgangswellenform,
• DC-Eingangsspannung,
• Belastbarkeit von Batterie, Leitungen und Sicherungen

gemeinsam betrachtet werden.

Besonders wichtig: Die Angabe einer hohen Spitzenleistung allein reicht nicht aus. Der Wechselrichter muss die benötigte Überlast auch für die tatsächliche Dauer des Motoranlaufs bereitstellen können.

Geeignete Geräte finden Sie unter Stromversorgung bei ICS Schneider. Für die Überprüfung von Spannung, Strom und Leistungsaufnahme stehen außerdem Messgeräte für den Schaltschrankbau zur Verfügung.

Warum sind induktive Lasten für Wechselrichter anspruchsvoll?

Ohmsche Verbraucher sind vergleichsweise einfach auszulegen.

Bei einer elektrischen Heizung mit:

1.000 W

liegt die Leistungsaufnahme im Betrieb ungefähr in derselben Größenordnung wie unmittelbar nach dem Einschalten.

Bei einem Motor sieht das anders aus.

Beim Einschalten steht der Rotor zunächst still

Die elektromotorische Gegenwirkung, die während der Drehbewegung den Strom begrenzt, ist zu diesem Zeitpunkt noch nicht vollständig vorhanden.

Dadurch kann der Motor kurzfristig einen erheblich höheren Strom aufnehmen als während des normalen Betriebs.

Der Wechselrichter muss diesen Zustand beherrschen

Andernfalls kann:

• die Ausgangsspannung einbrechen,
• der Motor nicht anlaufen,
• der Wechselrichter in Überlast gehen,
• die Schutzabschaltung auslösen,
• die Batterie beziehungsweise DC-Versorgung einbrechen.

Ein Wechselrichter kann deshalb trotz scheinbar ausreichender Nennleistung für einen bestimmten Motor ungeeignet sein.

Was macht ein Wechselrichter?

Ein Wechselrichter wandelt eine Gleichspannung in eine Wechselspannung um.

Typische Eingangsspannungen sind beispielsweise:

12 V DC

24 V DC

oder:

48 V DC

Am Ausgang stehen je nach Ausführung beispielsweise:

230 V AC / 50 Hz

zur Verfügung.

Typische Anwendungen sind

• Batteriesysteme,
• mobile Maschinen,
• Servicefahrzeuge,
• Inselanlagen,
• USV-Systeme,
• Schiffe und Boote,
• Prüfstände,
• netzunabhängige Messsysteme.

Der Wechselrichter stellt dabei ein eigenständiges AC-Netz für die angeschlossenen Verbraucher bereit.

Wechselrichter und Frequenzumrichter nicht verwechseln

Bei Motoranwendungen muss zwischen einem klassischen DC/AC-Wechselrichter und einem Motor-Frequenzumrichter unterschieden werden.

Ein klassischer Wechselrichter

stellt beispielsweise:

230 V AC / 50 Hz

bereit.

Ein daran angeschlossener Motor verhält sich grundsätzlich ähnlich wie beim Anschluss an ein normales 230-V-Netz.

Ein Frequenzumrichter

steuert dagegen gezielt:

• Ausgangsfrequenz,
• Ausgangsspannung,
• Motorhochlauf,
• Drehzahl,
• gegebenenfalls Drehmoment.

Dadurch kann der Motor kontrolliert beschleunigt und sein Anlaufstrom reduziert werden.

Ein reiner Sinus-Wechselrichter ist deshalb kein Ersatz für einen Frequenzumrichter, wenn eine geregelte Motordrehzahl oder ein definierter Hochlauf benötigt wird.

Dauerleistung richtig bestimmen

Der erste Auslegungsschritt besteht darin, die elektrische Dauerleistung des Verbrauchers zu bestimmen.

Bei einem einfachen AC-Verbraucher kann gelten

P = U · I · cos φ

mit:

• P = Wirkleistung in W,
• U = Spannung in V,
• I = Strom in A,
• cos φ = Leistungsfaktor.

Bei einem Motor sollte vorzugsweise die elektrische Stromaufnahme beziehungsweise elektrische Eingangsleistung aus dem Typenschild oder Herstellerdatenblatt verwendet werden.

Motorleistung ist nicht automatisch elektrische Eingangsleistung

Eine Motorangabe von beispielsweise:

0,75 kW

bezeichnet häufig die mechanische Abgabeleistung an der Welle.

Aufgrund der Motorverluste muss elektrisch mehr Leistung aufgenommen werden.

Vereinfacht gilt:

Pel = Pmech / η

mit:

η = Wirkungsgrad

Die Motor-Nennleistung darf deshalb nicht ungeprüft als erforderliche Wechselrichterleistung übernommen werden.

Watt und VA unterscheiden

Bei Wechselstromverbrauchern sind Wirkleistung und Scheinleistung nicht dasselbe.

Wirkleistung

P [W]

ist der Anteil der elektrischen Leistung, der tatsächlich in mechanische Arbeit, Wärme oder andere Nutzenergie umgesetzt wird.

Scheinleistung

S [VA] = U · I

beschreibt die elektrische Belastung von Quelle, Leitungen und Leistungselektronik.

Für einen Wechselrichter ist beides wichtig

Ein Motor kann beispielsweise eine relativ moderate Wirkleistung aufnehmen, gleichzeitig aber aufgrund seines Leistungsfaktors einen deutlich höheren Strom verursachen.

Der Ausgang des Wechselrichters muss diesen Strom bereitstellen können.

Bei induktiven Lasten sollte deshalb nicht ausschließlich mit Watt gerechnet werden. Auch VA-Angaben beziehungsweise die zulässigen Ausgangsströme müssen geprüft werden.

Warum der Leistungsfaktor wichtig ist

Bei einem ideal ohmschen Verbraucher gilt näherungsweise:

cos φ = 1

Dann sind Wirkleistung und Scheinleistung numerisch nahezu identisch.

Bei einem induktiven Motor kann beispielsweise gelten:

cos φ = 0,75

Beispiel

Ein Verbraucher benötigt:

P = 900 W

bei:

cos φ = 0,75

Dann ergibt sich näherungsweise:

S = P / cos φ

also:

S = 1.200 VA

Ein Wechselrichter, der zwar nominell 1.000 W liefern kann, aber hinsichtlich Ausgangsstrom beziehungsweise Scheinleistung nicht ausreichend dimensioniert ist, kann deshalb bereits im normalen Dauerbetrieb an seine Grenze kommen.

Warum Motoren beim Start so viel Strom aufnehmen

Der Anlaufstrom eines Motors ist abhängig von:

• Motorbauart,
• Nennleistung,
• mechanischer Last,
• Anlaufverfahren,
• Versorgungsspannung.

Er kann ein Mehrfaches des Nennstroms betragen.

Entscheidend ist die konkrete Anwendung

Ein frei anlaufender Lüfter stellt beispielsweise eine andere Anforderung als:

• eine Kolbenpumpe unter Druck,
• ein Kältekompressor,
• eine Hydraulikpumpe,
• ein Motor mit hoher Massenträgheit.

Die mechanische Last bestimmt außerdem, wie lange der hohe Anlaufstrom benötigt wird.

Deshalb reichen pauschale Faktoren nicht aus

Ein Ansatz wie:

Motorleistung × 3

kann als erste Abschätzung dienen, ersetzt aber nicht die Prüfung der tatsächlichen Motor- und Wechselrichterdaten.

Wenn der Motorhersteller einen Locked-Rotor Current, Starting Current oder Anlaufstrom angibt, sollte dieser Wert verwendet werden.

Spitzenleistung und Überlastdauer gemeinsam betrachten

Bei Wechselrichtern werden häufig mehrere Leistungswerte angegeben.

Zum Beispiel:

• Dauerleistung,
• Überlastleistung für eine Minute,
• Spitzenleistung für wenige Sekunden,
• sehr kurze Peak-Leistung.

Die Dauer ist entscheidend

Angenommen, ein Wechselrichter kann:

3.000 VA für 1 s

bereitstellen.

Der Motor benötigt jedoch:

2.500 VA für 4 s

.

Dann hilft die vermeintlich ausreichende 3-kVA-Spitzenleistung nicht.

Der Wechselrichter kann bereits vor dem vollständigen Hochlauf des Motors in die Überlastabschaltung gehen.

Die Überlastkennlinie muss zum Motor passen

Verglichen werden müssen deshalb:

Anlaufleistung + Anlaufdauer

mit:

zulässiger Wechselrichterleistung + zulässiger Überlastdauer

Eine Peak-Angabe ohne Zeitangabe ist für die Motorenauslegung nahezu wertlos.

Praxisbeispiel: Motor am Wechselrichter

Ein einphasiger Motor besitzt folgende elektrische Daten:

230 V AC

4,5 A

cos φ = 0,78

Scheinleistung im Betrieb

S = 230 V · 4,5 A

ergibt:

S ≈ 1.035 VA

Wirkleistung

Näherungsweise:

P = 230 · 4,5 · 0,78

ergibt:

P ≈ 807 W

Ein 1.000-W-Wechselrichter sieht deshalb zunächst ausreichend dimensioniert aus.

Der Motor benötigt beim Start jedoch das Fünffache des Nennstroms

Dann beträgt der kurzzeitige Ausgangsstrom ungefähr:

22,5 A

und die entsprechende Strombelastung des Wechselrichters liegt in der Größenordnung von:

230 V · 22,5 A ≈ 5,2 kVA

Die tatsächlichen transienten Verhältnisse hängen zusätzlich vom Motor und Leistungsfaktor während des Starts ab.

Entscheidend

Ein Wechselrichter mit beispielsweise 1.500 W Dauerleistung und nur 3.000 VA zulässiger Leistung während des relevanten Startzeitraums wäre trotz ausreichend hoher Dauerleistung ungeeignet.

Ein größeres Gerät oder ein anderes Anlaufkonzept wäre erforderlich.

Reine Sinuswelle oder modifizierte Ausgangswellenform?

Die Form der Ausgangsspannung beeinflusst induktive Verbraucher stärker als viele einfache ohmsche Lasten.

Reine Sinuswelle

Ein guter Sinuswechselrichter erzeugt eine Ausgangsspannung, die der Netzspannung weitgehend entspricht.

Das ist insbesondere vorteilhaft für:

• Motoren,
• Transformatoren,
• Magnetventile,
• Schütze,
• Pumpen,
• Kompressoren,
• empfindliche Elektronik.

Modifizierte Sinus- beziehungsweise Rechteckformen

enthalten stärkere Oberwellenanteile.

Bei induktiven Verbrauchern können dadurch je nach Last entstehen:

• zusätzliche Erwärmung,
• Brummgeräusche,
• höhere Verluste,
• verändertes Drehmoment,
• höhere Stromaufnahme,
• Probleme mit angeschlossener Elektronik.

Für Motoren und andere anspruchsvolle induktive Verbraucher ist ein Wechselrichter mit echter Sinus-Ausgangsspannung deshalb grundsätzlich die bevorzugte Lösung.

Besonderheiten bei Transformatoren

Auch ein Transformator ist eine induktive Last.

Beim Einschalten kann kurzfristig ein sehr hoher Magnetisierungsstrom auftreten.

Der Einschaltstrom hängt unter anderem ab von

• Einschaltzeitpunkt innerhalb der Sinuswelle,
• Restmagnetisierung des Kerns,
• Transformatorleistung,
• Kernmaterial,
• angeschlossener Sekundärlast.

Ein Transformator mit beispielsweise 500 VA Nennleistung kann deshalb beim Einschalten deutlich mehr als 500 VA vom Wechselrichter verlangen.

Auch hier muss die kurzzeitige Stromfähigkeit des Wechselrichters berücksichtigt werden.

Pumpen und Kompressoren

Pumpen und Kompressoren gehören zu den besonders kritischen Wechselrichterlasten.

Der Grund

Neben dem elektrischen Motoranlauf muss gleichzeitig ein mechanisches Gegenmoment überwunden werden.

Bei einem Kompressor kann beispielsweise noch Druck im System vorhanden sein.

Dadurch verlängert sich der Hochlauf beziehungsweise der Motor kann überhaupt nicht beschleunigen, wenn die Versorgung zu schwach ist.

Typisches Fehlerbild

Der Motor versucht anzulaufen, die Spannung fällt ab, der Wechselrichter geht in Überlast und schaltet ab.

Nach dem automatischen Neustart wiederholt sich der Vorgang.

Dieses Verhalten sollte nicht als normaler Dauerbetrieb akzeptiert werden.

Magnetventile und Schütze

Auch Magnetspulen sind induktive Verbraucher.

Bei AC-Magneten unterscheiden sich Anzugs- und Haltestrom teilweise deutlich.

Beim Anziehen

ist der magnetische Kreis noch nicht vollständig geschlossen.

Nach dem mechanischen Anzug ändert sich die Induktivität und der Strom kann zurückgehen.

Bei größeren:

• Magnetventilen,
• Schützen,
• Bremsmagneten

sollte deshalb nicht nur der Haltestrom betrachtet werden.

Warum auch die DC-Seite ausreichend dimensioniert sein muss

Selbst ein ausreichend leistungsfähiger Wechselrichter funktioniert nicht zuverlässig, wenn die Gleichspannungsquelle den benötigten Strom nicht liefern kann.

Vereinfacht gilt:

IDC ≈ PAC / (UDC · η)

mit:

• IDC = Eingangsstrom,
• PAC = Ausgangsleistung,
• UDC = Eingangsspannung,
• η = Wirkungsgrad des Wechselrichters.

Niedrige DC-Spannungen bedeuten hohe Ströme

Eine Leistung im Kilowattbereich kann bei:

12 V DC

bereits sehr hohe Batterieströme verursachen.

Bei:

24 V DC

sinkt der Strom ungefähr auf die Hälfte.

Bei:

48 V DC

nochmals entsprechend.

Für größere Wechselrichterleistungen sind höhere DC-Systemspannungen deshalb häufig technisch vorteilhaft.

Spannungseinbruch der Batterie berücksichtigen

Eine Batterie besitzt einen Innenwiderstand.

Steigt der Strom stark an, sinkt die Klemmenspannung.

Beim Motorstart kann deshalb gleichzeitig auftreten

• hoher AC-Ausgangsstrom,
• hoher DC-Eingangsstrom,
• Spannungsabfall an der Batterie,
• Spannungsabfall an Kabeln und Sicherungen.

Unterschreitet die Spannung am Wechselrichtereingang dessen Unterspannungsgrenze, schaltet das Gerät ab.

Das kann zu einer falschen Diagnose führen

Der Wechselrichter besitzt eventuell genügend Ausgangsleistung, wird aber durch eine zu schwache DC-Versorgung abgeschaltet.

Bei der Fehlersuche sollte deshalb die Eingangsspannung direkt an den DC-Anschlüssen des Wechselrichters während des Motorstarts gemessen werden.

DC-Leitungen richtig dimensionieren

Auf der Niederspannungsseite können erhebliche Ströme fließen.

Deshalb müssen die DC-Kabel:

• ausreichenden Querschnitt besitzen,
• möglichst kurz sein,
• saubere und niederohmige Verbindungen besitzen,
• für den maximalen Strom ausgelegt sein.

Zu dünne Leitungen verursachen

• Spannungsabfall,
• Verlustleistung,
• Erwärmung,
• reduzierte Startfähigkeit des Wechselrichters.

Bei hohen Leistungen kann bereits ein relativ kleiner zusätzlicher Übergangswiderstand an:

• Schraubverbindungen,
• Sicherungshaltern,
• Batterieklemmen

relevant werden.

Absicherung richtig auslegen

Die DC-Seite benötigt eine geeignete Überstromschutzeinrichtung.

Die Sicherung muss

• die Leitung schützen,
• für die DC-Spannung geeignet sein,
• die möglichen Kurzschlussströme sicher abschalten können,
• den zulässigen Betriebs- und kurzzeitigen Spitzenstrom berücksichtigen.

Eine zu klein dimensionierte Sicherung kann beim normalen Motorstart ansprechen.

Eine zu groß dimensionierte Sicherung schützt die Leitung möglicherweise nicht ausreichend.

Sicherung und Leitungsquerschnitt sollten deshalb gemeinsam nach den Vorgaben des Wechselrichterherstellers und der konkreten Installation ausgelegt werden.

Temperatur und Derating berücksichtigen

Die Nennleistung eines Wechselrichters gilt nicht zwangsläufig bei jeder Umgebungstemperatur.

Leistungselektronik erzeugt Verlustwärme.

Bei erhöhter Temperatur

kann der Hersteller deshalb ein Derating vorgeben.

Das bedeutet:

zulässige Ausgangsleistung sinkt mit steigender Temperatur

Besonders zu beachten bei

• geschlossenen Schaltschränken,
• kleinen Technikräumen,
• Fahrzeugen im Sommer,
• Maschinen mit hoher interner Wärmeentwicklung.

Auch Lüfteröffnungen und vorgeschriebene Montageabstände dürfen nicht blockiert werden.

Mehrere Verbraucher gleichzeitig betreiben

Ein Wechselrichter versorgt häufig nicht nur einen einzelnen Motor.

Zusätzlich können beispielsweise angeschlossen sein:

• SPS,
• Messgeräte,
• Ventile,
• Beleuchtung,
• Netzteile,
• Pumpen.

Die Dauerleistung muss addiert werden

Für den ungünstigsten Betriebspunkt ist die Summe aller gleichzeitig laufenden Verbraucher zu berücksichtigen.

Noch kritischer sind gleichzeitige Einschaltvorgänge

Starten beispielsweise:

• Motor A,
• Motor B

gleichzeitig, können sich ihre Einschaltströme überlagern.

Eine einfache Verbesserung

kann deshalb darin bestehen, Verbraucher zeitlich versetzt einzuschalten.

Dadurch kann die erforderliche Spitzenleistung des Wechselrichters deutlich reduziert werden, ohne die Dauerleistung der Anlage zu verändern.

Anlaufstrom praktisch messen

Wenn keine zuverlässigen Herstellerdaten vorhanden sind, kann der tatsächliche Einschaltvorgang gemessen werden.

Geeignet sind beispielsweise

• Stromzangen mit Inrush-Funktion,
• Leistungsanalysatoren,
• Oszilloskope mit geeigneter Stromsonde,
• Netzanalysatoren mit ausreichend hoher zeitlicher Auflösung.

Entscheidend ist nicht nur der höchste Einzelwert.

Erfasst werden sollte:

• maximaler Strom,
• Dauer des erhöhten Stroms,
• Spannungsverlauf,
• Anlaufzeit des Motors.

Bei unbekannten Lasten

ist eine Messung häufig wesentlich zuverlässiger als eine pauschale Abschätzung anhand der Motorleistung.

Wie viel Leistungsreserve ist sinnvoll?

Eine pauschale Prozentzahl ist für induktive Lasten nicht ausreichend.

Die Reserve muss von der tatsächlichen Last abhängen.

Für den Dauerbetrieb

sollte der Wechselrichter nicht permanent an seiner thermischen Leistungsgrenze betrieben werden.

Für den Start

muss ausreichend Reserve vorhanden sein, damit:

erforderliche Startleistung < zulässige Wechselrichterleistung für die gesamte Startdauer

gilt.

Zusätzliche Reserve ist sinnvoll für

• erhöhte Umgebungstemperatur,
• Batteriealterung,
• Spannungsabfälle,
• spätere Erweiterungen,
• schwankende mechanische Belastung.

Eine übermäßig große Dimensionierung ist jedoch ebenfalls nicht immer optimal, da:

• Kosten,
• Eigenverbrauch,
• Bauraum,
• DC-Verkabelung

mit der Gerätegröße steigen können.

Typische Fehlerbilder

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Motor läuft nicht an	Spitzenleistung des Wechselrichters zu gering	Anlaufstrom und Überlastkennlinie vergleichen
Wechselrichter schaltet nach 1–2 Sekunden ab	zulässige Überlastdauer überschritten	Zeitkennlinie des Wechselrichters prüfen
Motor startet kurz und bleibt stehen	Ausgangsspannung bricht während des Hochlaufs ein	AC-Spannung während des Starts messen
Wechselrichter meldet Unterspannung	Batteriespannung oder DC-Verkabelung bricht ein	Spannung direkt am DC-Eingang messen
Motor brummt ungewöhnlich	ungeeignete Ausgangswellenform	Sinusqualität beziehungsweise Wechselrichtertyp prüfen
Motor wird ungewöhnlich warm	Oberwellen oder ungeeignete Versorgung	Ausgangswellenform und Motorstrom prüfen
Sicherung löst beim Einschalten aus	Spitzenstrom nicht berücksichtigt	Sicherungsauslegung und Herstellerangaben prüfen
DC-Kabel werden warm	Querschnitt zu klein oder Übergangswiderstand	Spannungsfall und Anschlussstellen prüfen
Betrieb funktioniert mit voller Batterie, später nicht mehr	Spannungseinbruch bei reduziertem Ladezustand	Batteriezustand und Spannung unter Last prüfen
Kompressor startet nach Druckabbau, aber nicht unter Gegendruck	mechanisches Anlaufmoment beziehungsweise Startdauer zu hoch	Anlaufbedingungen und Entlastung prüfen
Wechselrichter wird im Schaltschrank zu heiß	Derating beziehungsweise Belüftung nicht berücksichtigt	Umgebungstemperatur und Kühlung prüfen
Ein Motor funktioniert allein, zwei Motoren gleichzeitig nicht	überlagerte Anlaufströme	Verbraucher zeitlich versetzt einschalten
Wechselrichterleistung laut Wattangabe ausreichend, trotzdem Überlast	Scheinleistung beziehungsweise Leistungsfaktor nicht berücksichtigt	VA und Ausgangsstrom prüfen

Empfohlener Auslegungsablauf

1. Verbraucher identifizieren: Motor, Pumpe, Kompressor, Transformator oder andere Last bestimmen.
2. Nennspannung prüfen: Benötigte AC-Ausgangsspannung festlegen.
3. Frequenz bestimmen: Beispielsweise 50 Hz sicherstellen.
4. Elektrische Nennleistung erfassen: Herstellerdaten oder Typenschild verwenden.
5. Nennstrom erfassen: Nicht nur mechanische Motorleistung berücksichtigen.
6. Leistungsfaktor bestimmen: cos φ berücksichtigen.
7. Scheinleistung berechnen: VA-Belastung bestimmen.
8. Anlaufstrom ermitteln: Herstellerwert verwenden oder messen.
9. Anlaufdauer bestimmen: Mechanische Belastung berücksichtigen.
10. Start-Scheinleistung abschätzen: Stromfähigkeit des Wechselrichters prüfen.
11. Überlastkennlinie prüfen: Leistung und zulässige Zeit gemeinsam vergleichen.
12. Ausgangswellenform prüfen: Für Motoren vorzugsweise echten Sinus verwenden.
13. Mehrere Verbraucher berücksichtigen: Gleichzeitigkeitsfaktor bestimmen.
14. Gleichzeitige Starts vermeiden: Wenn möglich zeitversetzt einschalten.
15. DC-Systemspannung auswählen: 12, 24 oder 48 V passend zur Leistung wählen.
16. Batterie beziehungsweise Quelle prüfen: Maximale Stromabgabe sicherstellen.
17. Spannungseinbruch berücksichtigen: Minimalspannung am Wechselrichter prüfen.
18. DC-Leitungen dimensionieren: Strom, Länge und Spannungsfall berücksichtigen.
19. Sicherung dimensionieren: Leitung und Wechselrichter schützen.
20. Temperaturbereich prüfen: Derating berücksichtigen.
21. Kühlung sicherstellen: Montageabstände und Luftführung einhalten.
22. Test unter realer Last durchführen: Kritischsten Startvorgang prüfen.
23. AC- und DC-Spannung während des Starts messen: Spannungseinbrüche erkennen.
24. Reserve dokumentieren: Dauer- und Spitzenleistungsreserve festhalten.

Passende Wechselrichter bei ICS Schneider

COTEK SP-Serie – Sinus-Wechselrichter für anspruchsvolle AC-Verbraucher

Die bei ICS Schneider geführte COTEK SP-Serie umfasst reine Sinus-Wechselrichter für unterschiedliche Leistungsbereiche und DC-Systemspannungen.

Die Serie ist unter anderem erhältlich mit:

• Leistungsklassen von 700 bis 4.000 W beziehungsweise VA,
• 12-V-, 24-V- oder 48-V-DC-Eingang je nach Modell,
• reiner Sinus-Ausgangsspannung,
• wählbarer Ausgangsfrequenz 50/60 Hz,
• galvanischer Trennung zwischen Eingang und Ausgang,
• Überlast-, Kurzschluss- und Übertemperaturschutz,
• RS-232-Kommunikation,
• optionalem Remote-Controller.

Gerade für Motoren ist die verfügbare Überlastleistung interessant. Die SP-Serie besitzt modellabhängig abgestufte Kurzzeit- beziehungsweise Spitzenleistungsbereiche. Für die Auslegung muss der konkrete Typ deshalb anhand des tatsächlichen Anlaufstroms und der notwendigen Anlaufdauer ausgewählt werden.

COTEK SE-Serie – kompakte Sinus-Wechselrichter

Für kleinere Leistungen führt ICS Schneider außerdem die COTEK SE-Serie.

Die Geräte bieten unter anderem:

• 350 beziehungsweise 400 W Leistung je nach Ausführung,
• 12-, 24- beziehungsweise 48-V-Varianten,
• Sinus-Ausgang,
• wählbare Ausgangsfrequenz,
• galvanische Trennung,
• Überlast-, Kurzschluss- und Übertemperaturschutz.

Für kleine induktive Verbraucher muss jedoch auch hier geprüft werden, ob die kurzzeitige Ausgangsleistung für den jeweiligen Einschaltstrom ausreichend ist.

COTEK SD-Serie – höhere Wechselrichterleistungen

Für Anwendungen mit höherem Leistungsbedarf umfasst das ICS-Portfolio außerdem die COTEK SD-Serie in Leistungsklassen von 1.500, 2.500 und 3.500 W.

Die Serie ist insbesondere für größere autarke Stromversorgungssysteme interessant. Auch hier müssen bei Motoren die konkreten Kurzzeit- und Überlastdaten des gewählten Modells mit der Last abgeglichen werden.

Weitere Geräte finden Sie unter Stromversorgung bei ICS Schneider.

Fazit

Die Auswahl eines Wechselrichters für Motoren und andere induktive Lasten darf nicht allein anhand der Nennleistung in Watt erfolgen.

Dauerleistung ist nur der Ausgangspunkt

Auch Nennstrom, Scheinleistung und Leistungsfaktor müssen berücksichtigt werden.

Der Anlaufstrom ist häufig die entscheidende Größe

Motoren können beim Einschalten kurzfristig ein Mehrfaches ihres Betriebsstroms benötigen.

Spitzenleistung braucht immer eine Zeitangabe

Ein Wechselrichter, der eine hohe Leistung nur für wenige Zehntelsekunden liefern kann, ist ungeeignet, wenn der Motor mehrere Sekunden zum Hochlaufen benötigt.

Reine Sinusspannung ist für induktive Lasten vorzuziehen

Motoren, Transformatoren und Magnetspulen arbeiten damit näher an den vorgesehenen Netzbedingungen.

Die DC-Seite darf nicht vergessen werden

Batterie, Leitungen, Sicherungen und Verbindungen müssen den hohen Eingangsstrom während des Starts ebenfalls bereitstellen können.

Bei hohen Leistungen sind 24 oder 48 V häufig vorteilhaft

Eine höhere DC-Systemspannung reduziert bei gleicher Leistung den erforderlichen Eingangsstrom und damit Spannungsabfälle und Leitungsbelastung.

Temperatur kann die verfügbare Leistung reduzieren

Derating und ausreichende Kühlung müssen besonders bei Schaltschrank- und Fahrzeuganwendungen berücksichtigt werden.

Für die Praxis gilt

Elektrische Motordaten erfassen → Dauerstrom und Scheinleistung bestimmen → Anlaufstrom und Anlaufdauer ermitteln → Überlastkennlinie des Wechselrichters prüfen → Sinus-Ausgang wählen → DC-Systemspannung festlegen → Batterie beziehungsweise Stromquelle prüfen → Leitungen und Sicherung dimensionieren → Temperaturreserve berücksichtigen → kritischen Motorstart unter realen Bedingungen testen.

FAQ: Wechselrichter für Motoren und induktive Lasten

Kann ich einen 1.000-W-Motor an einem 1.000-W-Wechselrichter betreiben?

Nicht automatisch. Der Motor kann im Anlauf einen wesentlich höheren Strom benötigen. Entscheidend sind deshalb zusätzlich Anlaufstrom, Anlaufdauer, Leistungsfaktor und die Überlastfähigkeit des Wechselrichters.

Warum braucht ein Motor beim Start mehr Strom?

Beim Stillstand fehlt zunächst die im laufenden Motor entstehende Gegenwirkung, die den Strom begrenzt. Deshalb kann während des Hochlaufs ein deutlich höherer Strom fließen.

Wie hoch ist der Anlaufstrom eines Motors?

Das hängt von Motortyp, Leistung und mechanischer Last ab. Er kann ein Mehrfaches des Nennstroms betragen. Für eine zuverlässige Auslegung sollte der Herstellerwert verwendet oder der tatsächliche Startstrom gemessen werden.

Reicht es aus, die Motorleistung mit drei zu multiplizieren?

Nein. Ein solcher Faktor kann höchstens als erste Abschätzung dienen. Die tatsächliche Auslegung muss auf Anlaufstrom und Anlaufdauer basieren.

Was bedeutet Spitzenleistung beim Wechselrichter?

Spitzenleistung ist eine Leistung oberhalb der Dauerleistung, die der Wechselrichter nur für einen begrenzten Zeitraum bereitstellen kann.

Warum ist die Dauer der Spitzenleistung wichtig?

Der Motor muss vollständig anlaufen, bevor die zulässige Überlastzeit des Wechselrichters überschritten wird.

Was ist wichtiger: Watt oder VA?

Bei induktiven Lasten sind beide Größen wichtig. Watt beschreibt die Wirkleistung, VA die Scheinleistung und damit unter anderem die Strombelastung der Ausgangsstufe.

Was bedeutet cos φ?

Der Leistungsfaktor beschreibt bei Wechselstrom unter anderem das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung.

Warum ist cos φ bei Motoren wichtig?

Ein niedrigerer Leistungsfaktor bedeutet, dass für dieselbe Wirkleistung ein höherer Strom beziehungsweise eine höhere Scheinleistung erforderlich ist.

Ist die kW-Angabe auf dem Motor die elektrische Leistungsaufnahme?

Nicht zwingend. Bei vielen Motoren bezeichnet sie die mechanische Nennleistung an der Welle. Die elektrische Eingangsleistung ist aufgrund der Verluste höher.

Sollte ein Motor an einem Sinus-Wechselrichter betrieben werden?

Für Motoren und andere induktive Lasten ist ein Wechselrichter mit echter Sinus-Ausgangsspannung grundsätzlich zu bevorzugen.

Was kann bei modifizierter Sinusspannung passieren?

Je nach Verbraucher können höhere Verluste, Erwärmung, Brummgeräusche, verändertes Drehmoment oder eine erhöhte Stromaufnahme auftreten.

Kann ich einen Transformator an einem Wechselrichter betreiben?

Grundsätzlich ja, wenn der Wechselrichter dafür geeignet ist. Der hohe mögliche Einschaltstrom des Transformators muss jedoch berücksichtigt werden.

Warum sind Kompressoren besonders schwierig?

Der Motor muss gleichzeitig einen hohen elektrischen Startstrom liefern und ein mechanisches Gegenmoment überwinden. Unter vorhandenem Druck kann der Anlauf nochmals anspruchsvoller werden.

Kann ein größerer Wechselrichter das Problem lösen?

Ja, wenn dessen Dauer- und Überlastleistung ausreichend sind und gleichzeitig Batterie, Leitungen und Sicherungen den benötigten DC-Strom bereitstellen können.

Warum schaltet der Wechselrichter beim Motorstart wegen Unterspannung ab?

Der hohe Eingangsstrom kann die Batteriespannung beziehungsweise die Spannung am Wechselrichtereingang unter die zulässige Mindestspannung ziehen.

Kann ein zu dünnes DC-Kabel den Motorstart verhindern?

Ja. Ein hoher Spannungsabfall im Kabel reduziert die am Wechselrichter verfügbare Eingangsspannung und kann eine Unterspannungsabschaltung auslösen.

Warum sind kurze DC-Kabel wichtig?

Bei hohen Strömen reduziert eine kurze Leitung den Spannungsabfall und die Verlustleistung.

Ist 24 V besser als 12 V?

Bei höheren Leistungen kann eine 24-V-Versorgung deutliche Vorteile bieten, weil bei gleicher Leistung ungefähr nur der halbe DC-Strom gegenüber einem 12-V-System erforderlich ist.

Wann ist 48 V sinnvoll?

Bei größeren Leistungen kann 48 V den erforderlichen Strom und damit Kabelquerschnitte und Spannungsabfälle weiter reduzieren.

Muss die Batterie nach Watt oder Ampere ausgelegt werden?

Beides ist relevant. Entscheidend sind die verfügbare Energie sowie die maximale kurzzeitige und dauerhafte Stromabgabe der Batterie.

Kann die Batterie groß genug in Ah sein und trotzdem ungeeignet sein?

Ja. Eine hohe Kapazität bedeutet nicht automatisch, dass die Batterie sehr hohe kurzzeitige Ströme mit ausreichend stabiler Spannung liefern kann.

Warum wird der Wechselrichter im Schaltschrank zu heiß?

Eine hohe Umgebungstemperatur, unzureichende Belüftung oder zu geringe Montageabstände können die Wärmeabfuhr behindern.

Was bedeutet Derating?

Derating bedeutet, dass die zulässige Ausgangsleistung unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise bei hoher Umgebungstemperatur, reduziert werden muss.

Kann ich zwei Motoren gleichzeitig starten?

Nur wenn der Wechselrichter die Summe der gleichzeitig auftretenden Anlaufströme beherrscht. Ein zeitversetztes Einschalten ist häufig günstiger.

Wie messe ich den Motor-Anlaufstrom?

Geeignet sind beispielsweise Stromzangen mit Inrush-Funktion oder Messsysteme mit ausreichend hoher zeitlicher Auflösung.

Muss ich nur den höchsten Stromwert messen?

Nein. Für die Wechselrichterauslegung ist auch wichtig, wie lange der erhöhte Strom während des Hochlaufs anliegt.

Ist ein Wechselrichter dasselbe wie ein Frequenzumrichter?

Nein. Ein klassischer Wechselrichter erzeugt aus einer DC-Spannung eine AC-Versorgung. Ein Frequenzumrichter ist speziell zur geregelten Versorgung und Drehzahlsteuerung von Motoren ausgelegt.

Kann ein Frequenzumrichter den Anlaufstrom reduzieren?

Ja. Bei geeigneten Motoren kann ein kontrollierter Hochlauf den Einschaltstrom gegenüber einem direkten Netzstart deutlich reduzieren.

Welche Wechselrichter bietet ICS Schneider an?

ICS Schneider führt unter anderem Sinus-Wechselrichter der COTEK SP-, SE- und SD-Serie für unterschiedliche DC-Spannungen und Leistungsbereiche.

Wo finde ich weitere Wechselrichter?

Weitere Lösungen finden Sie unter Stromversorgung bei ICS Schneider.