Druckluft-Fachbuch › Kapitel 6: Kompressorraum & Installation › Anlaufverfahren
Kapitel 6 · Thema 6.12
Stern-Dreieck, Sanftanlauf oder Frequenzumrichter? Die Anlaufverfahren für Kompressoren im Vergleich
Beim Einschalten zieht ein Elektromotor ein Vielfaches seines Nennstroms. Das belastet das Stromnetz, die Absicherung und die Mechanik des Kompressors. Darum gibt es verschiedene Anlaufverfahren. Bei industriellen Druckluftanlagen wird der Stern-Dreieck-Anlauf üblicherweise ab Motorleistungen von etwa 7,5 kW eingesetzt. Bei kleineren Antrieben bis etwa 5,5 kW kommt häufig Direktanlauf zur Anwendung. Die tatsächliche Ausführung hängt jedoch von den Netzanschlussbedingungen, dem erforderlichen Anlaufmoment sowie den Vorgaben des Netzbetreibers ab. Bei größeren Schraubenkompressoren ab etwa 22 bis 30 kW sieht man heute häufig direkt einen Frequenzumrichter.
Die Verfahren auf einen Blick
| Verfahren | Anlaufstrom | Anlaufmoment | Mechanische Belastung |
|---|---|---|---|
| Direktanlauf | ca. 6- bis 8-facher Nennstrom | 100 % | hoch |
| Stern-Dreieck | ca. 2- bis 3-facher Nennstrom | ca. ein Drittel des Direktanlaufs | mittel |
| Sanftanlauf (Softstarter) | einstellbar, meist 2- bis 4-facher Nennstrom | einstellbar | gering |
| Frequenzumrichter | ca. 1- bis 1,5-facher Nennstrom | bis 100 % ab Stillstand | sehr gering |
Welches Verfahren bei welcher Leistung?
| Motorleistung | Typischer Anlauf |
|---|---|
| bis 4 kW | Direktanlauf |
| 5,5 kW | häufig Direktanlauf, teils Stern-Dreieck |
| 7,5 kW | meist Stern-Dreieck |
| 11 bis 22 kW | nahezu immer Stern-Dreieck, sofern kein Frequenzumrichter verbaut ist |
| ab etwa 22 bis 30 kW | Stern-Dreieck oder häufig direkt ein Frequenzumrichter |
Entscheidend ist nicht allein die Motorleistung, sondern auch:
- die Vorgaben des Netzbetreibers (zulässiger Einschaltstrom),
- die Netzimpedanz am Standort, also wie „stark“ das Netz ist,
- das nötige Anlaufmoment des Motors,
- der Druck, gegen den der Verdichter beim Start anlaufen muss,
- die Zahl der Starts pro Stunde. Die zulässige Zahl steht nur in den Herstellerunterlagen.
Viele Technische Anschlussbedingungen der Netzbetreiber lassen Drehstrommotoren bis etwa 5,2 kVA ohne weiteres zu, darüber in der Regel Motoren mit einem Anlaufstrom bis etwa 60 A. Darüber hinaus müssen Maßnahmen mit dem Netzbetreiber abgestimmt werden. Deshalb ist ab 7,5 kW der Stern-Dreieck-Anlauf in der Praxis zum Standard geworden. Die genauen Werte legt der jeweilige Netzbetreiber fest.
So funktionieren die Verfahren
Direktanlauf
Der Motor wird direkt ans Netz geschaltet. Einfach und günstig, es braucht nur ein Schütz und einen Überlastschutz. Der Nachteil ist die hohe Stromspitze beim Einschalten. Das hohe Anlaufmoment kann außerdem Welle und Kupplung belasten.
Stern-Dreieck
Der Motor läuft zuerst in Sternschaltung an. Dabei sinkt der Anlaufstrom auf etwa ein Drittel des Direktanlaufs, das Anlaufmoment ebenfalls. Bei Kompressoren reicht das, weil der Verdichter beim Start entlastet anläuft. Bei etwa 90 bis 95 % der Nenndrehzahl wird auf Dreieck umgeschaltet. Das Verfahren ist günstig und robust und deshalb bei Kompressoren besonders beliebt. Voraussetzung ist ein Motor, der für die Netzspannung in Dreieckschaltung ausgelegt ist.
Es gibt aber immer einen kritischen Moment: Das Sternschütz fällt ab, der Motor ist kurz stromlos, dann zieht das Dreieckschütz an. Dabei entsteht häufig ein Strom- und Drehmomentstoß. Wird zu früh umgeschaltet, ist er so hoch wie beim Direktanlauf. Dieser Umschaltstoß ist eine klassische Ursache für Schützverschleiß, Netzstörungen und mechanische Schläge im Antriebsstrang.
Sanftanlauf (Softstarter)
Ein Softstarter ist ein elektronisches Anlaufgerät. Im Inneren sitzen Thyristoren, die die Motorspannung beim Hochlauf stufenlos erhöhen, zum Beispiel von 30 auf 100 %, statt den Motor schlagartig ans Netz zu legen. Dadurch sinkt der Einschaltstrom, Spannungseinbrüche im Netz werden kleiner, und Riemen, Kupplungen und Lager laufen sanfter an. Einen Umschaltstoß wie beim Stern-Dreieck gibt es nicht. Ein Softstarter kann sanft starten, sanft stoppen und den Strom begrenzen. Er kann aber nicht die Drehzahl und damit nicht die Liefermenge des Kompressors regeln, der Motor läuft danach mit fester Drehzahl. Bei Kompressoren wird ein Softstarter selten eingesetzt und meist nur nachgerüstet, zum Beispiel bei schwachen Netzen, langen Zuleitungen oder Problemen mit der Stern-Dreieck-Umschaltung.
Frequenzumrichter
Der Frequenzumrichter fährt den Motor mit niedriger Frequenz und Spannung sanft hoch. Der Anlaufstrom liegt etwa beim Nennstrom, trotzdem steht das volle Moment schon ab Stillstand zur Verfügung. Der große Vorteil: Er regelt danach auch die Drehzahl und damit die Liefermenge nach dem Bedarf. Deshalb haben größere Schraubenkompressoren heute oft direkt einen Frequenzumrichter statt Stern-Dreieck. Mehr dazu bei den drehzahlgeregelten Kompressoren.
Was passiert, wenn es falsch gemacht wird?
| Typischer Fehler | Folge |
|---|---|
| Direktanlauf bei zu großer Leistung | Hohe Stromspitze, Spannungseinbrüche im Netz, Sicherungen lösen aus, Ärger mit dem Netzbetreiber. |
| Stern-Dreieck schaltet zu früh um | Strom- und Drehmomentstoß fast wie beim Direktanlauf. |
| Zu viele Starts pro Stunde | Motor und Schütze werden überlastet. Die zulässige Zahl steht in den Herstellerunterlagen. |
| Absicherung ohne Blick auf das Anlaufverfahren | Sicherungen lösen beim Anlauf aus, oder sie sind unnötig groß. |
| Softstarter als Ersatz für eine Drehzahlregelung gesehen | Er regelt die Liefermenge nicht. Energie wird damit nicht gespart. |
So rechnest du: Wie hoch ist der Anlaufstrom?
Worauf du außerdem achten solltest
Drehzahlregelung
Was der Frequenzumrichter außer dem Anlauf noch bringt.
→ Drehzahlgeregelte KompressorenPraxistipp
Gibt es bei Stern-Dreieck-Anläufen Probleme, zum Beispiel ausgelöste Sicherungen, flackerndes Licht oder schnell verschlissene Schütze, lohnt ein Blick auf die Umschaltzeit. Und bevor ein Softstarter nachgerüstet wird, prüfen, ob beim nächsten Kompressortausch nicht gleich ein drehzahlgeregelter Kompressor sinnvoller ist. Der startet sanft und spart zusätzlich Energie.
Häufige Fragen
Ab welcher Leistung braucht ein Kompressor Stern-Dreieck-Anlauf?
Bei industriellen Druckluftanlagen üblicherweise ab etwa 7,5 kW. Bis etwa 5,5 kW wird häufig direkt angelaufen. Entscheidend sind aber auch die Vorgaben des Netzbetreibers und die Netzverhältnisse am Standort.
Was ist ein Softstarter?
Ein elektronisches Anlaufgerät, das die Motorspannung beim Hochlauf stufenlos erhöht. Es senkt den Anlaufstrom und vermeidet den Umschaltstoß des Stern-Dreiecks, kann aber die Drehzahl nicht regeln.
Wie hoch ist der Anlaufstrom beim Stern-Dreieck?
Etwa ein Drittel des Direktanlaufs, also ungefähr das 2- bis 3-fache des Nennstroms.
Wie oft darf ein Kompressor pro Stunde starten?
Das legt der Hersteller fest. Die zulässige Zahl der Starts pro Stunde steht in den Herstellerunterlagen.
Roland Rau, Sachverständiger für Druckluft-Gesamtanlagen inkl. Peripherie (zertifiziert nach DIN EN ISO/IEC 17024), Geschäftsführer der Roland Rau Air-Expert GmbH. Mehr zum Autor
