I. Einleitung. Mit der rasanten Entwicklung der Volkswirtschaft und den ständigen Fortschritten in Wissenschaft und Technik finden intelligente Steuerungssysteme breite Anwendung. Beispiele hierfür sind intelligente Gebäude, unbemannte Pumpstationen, unbemannte Heizstationen, diverse Fernsteuerungs- und Leitsysteme sowie automatisierte Produktionsprozesse. Dies ist ein wichtiger Indikator für die Modernisierung des Landes im Bereich Wissenschaft und Technik und zugleich eine zentrale Verantwortung für alle technischen Fachkräfte. Die Anwendung intelligenter Steuerungstechnik stellt uns vor große Herausforderungen. So werden beispielsweise die Schwankungen im Stromnetz und die intelligente Abstimmung der Aktoren immer wichtiger. Als zentraler Antriebsaktor genießt die Ansteuerung von Elektromotoren hohes Ansehen bei den Technikern. Es gilt, eine solide Grundlage für die intelligente Steuerung zu schaffen und gleichzeitig die Auswirkungen auf das Stromnetz beim Anlauf des Motors zu minimieren. Daher sind Verbesserungen an der Anlaufausrüstung des Motors erforderlich. Die Entwicklung des elektronischen Sanftanlaufgeräts für Kurzschlussläufer-Asynchronmotoren hat dieses Problem für die Techniker gelöst. Es kann nicht nur die Anlaufcharakteristik des Motors verändern, um das Antriebssystem zu schützen, sondern auch einen zuverlässigen Motoranlauf gewährleisten, Anlaufschocks reduzieren und ist mit einer Computerschnittstelle zur intelligenten Steuerung ausgestattet. II. Auswahl des Motoranlaufverfahrens: Als am weitesten verbreiteter Kurzschlussläufermotor wird unter folgenden Bedingungen ein Anlauf mit reduzierter Spannung verwendet: Erstens, wenn der Motor dem Anlaufmoment bei voller Spannung nicht standhält; zweitens, wenn die Klemmenspannung des Motors während des Anlaufs die Spezifikationen nicht erfüllt; und drittens, wenn der Motoranlauf den normalen Betrieb anderer Verbraucher beeinträchtigt. Derzeit gibt es zwei Verfahren für den Anlauf mit reduzierter Spannung: den Anlauf mit reduzierter Spannung und den Sanftanlauf. Es gab drei Entwicklungsstufen: erstens „Y-Dreieck“-Anlasser und Spartransformator-Anlasser mit reduzierter Spannung; zweitens, magnetisch gesteuerte Sanftanlasser; und drittens die modernsten und am weitesten verbreiteten elektronischen Sanftanlasser. Elektronische Sanftanlasser verwenden in der Regel 16-Bit-Mikrocontroller zur intelligenten Steuerung. Sie gewährleisten einen sanften Motoranlauf unter den erforderlichen Anlaufbedingungen der Last, reduzieren die Belastung des Stromnetzes und ermöglichen zudem eine direkte Computersteuerung, wodurch eine gute Grundlage für die automatisierte intelligente Steuerung geschaffen wird. Der Kostenvergleich sieht wie folgt aus: „Y-Δ“-Anlasser benötigen sechs abgehende Leitungen und weisen eine hohe Ausfallrate und hohe Wartungskosten auf, weshalb sie heutzutage kaum noch eingesetzt werden. Spartransformatoren kosten etwa 80 Yuan pro Kilowatt, magnetisch gesteuerte etwa 150 Yuan pro Kilowatt. Spartransformatoren und magnetisch gesteuerte Transformatoren sind größer und weisen eine höhere Ausfallrate und höhere Wartungskosten auf. Elektronische Sanftanlaufgeräte kosten zwischen 80 und 150 Yuan pro Kilowatt. In der Regel kann eine Schaltanlage mehrere elektronische Sanftanlaufgeräte aufnehmen, was die Projektkosten senkt. Zudem weisen sie eine geringere Ausfallrate und niedrigere Wartungskosten auf. Daher sollten elektronische Sanftanlaufgeräte unsere erste Wahl sein. III. Auswahl elektronischer Sanftanlaufgeräte Wie bereits erwähnt, ist es unbestreitbar, dass im Bereich der Anlagenplanung und -modernisierung zur Prozessoptimierung, Automatisierung, Kostensenkung und Steigerung der Unternehmenseffizienz die Anlauftechnik für Motoren – insbesondere elektronische Sanftanlaufgeräte – weiterentwickelt werden muss. Welche Aspekte sind bei der Anwendung elektronischer Sanftanlaufgeräte zu berücksichtigen? Als Sanftanlaufgerät sind insbesondere das Anlauf- und Stoppverhalten entscheidend. Aktuell stehen fünf Anlaufmethoden für Sanftanlaufgeräte zur Verfügung. Häufig gestellte Fragen zu Sanftanlaufgeräten: 1. Was ist ein Sanftanlaufgerät? Ein Sanftanlaufgerät ist ein neuartiges Gerät zur Steuerung von Kurzschlussläufermotoren. Es handelt sich um ein innovatives Motorsteuergerät mit integrierten Funktionen für sanftes Anlaufen, sanftes Stoppen, Energieeinsparung bei geringer Last und vielfältigen Schutzfunktionen. International ist es als Soft Starter bekannt. Seine Hauptkomponenten sind drei antiparallel geschaltete Thyristoren, die in Reihe zwischen Stromversorgung und Motor geschaltet sind, sowie die zugehörige elektronische Steuerschaltung. Durch die Verwendung unterschiedlicher Methoden zur Steuerung des Leitwinkels der drei antiparallelen Thyristoren kann die Eingangsspannung des geregelten Motors je nach Bedarf variiert und somit verschiedene Funktionen realisiert werden. 2. In welchen Anwendungsbereichen werden Sanftanlaufgeräte eingesetzt? Sanftanlaufgeräte eignen sich prinzipiell für verschiedene Anwendungen von Kurzschlussläufermotoren, bei denen keine Drehzahlregelung erforderlich ist. Sie eignen sich insbesondere für Pumpen- oder Lüfterlasten, die ein sanftes Anlaufen und Ausschalten erfordern. 3. Worin unterscheiden sich Sanftanlaufgeräte von herkömmlichen Anlaufverfahren mit reduzierter Spannung? Zu den herkömmlichen Anlaufverfahren mit reduzierter Spannung für Kurzschlussläufermotoren gehören der Stern-Dreieck-Anlauf, der Spartransformator-Anlauf und der Drosselspulen-Anlauf. Diese Anlaufverfahren sind allesamt Stufenanlaufverfahren mit reduzierter Spannung, die einen wesentlichen Nachteil aufweisen: Beim Anlaufvorgang tritt ein sekundärer Einschaltstrom auf. Da das herkömmliche Anlaufverfahren mit reduzierter Spannung veraltet ist, wurde es staatlich ausdrücklich abgeschafft. Die Unterschiede zwischen Sanftanlaufgeräten und herkömmlichen Anlaufverfahren mit reduzierter Spannung sind: (1) Kein Einschaltstrom. Beim Anlauf des Motors erhöht der Sanftanlaufgerät den Thyristor-Leitungswinkel schrittweise, sodass der Anlaufstrom linear von null auf den eingestellten Wert ansteigt. Dies schont den Motor, verbessert die Zuverlässigkeit der Stromversorgung, gewährleistet einen sanften Anlauf, reduziert das Stoßmoment an der Last und verlängert deren Lebensdauer. (2) Das Gerät verfügt über eine Sanftstoppfunktion, d. h. sanftes Abbremsen und allmähliches Anhalten. Dadurch werden die Nachteile eines plötzlichen Stromausfalls und -stopps vermieden, die Belastung von Schwerlastmaschinen reduziert, der Druckstoß in Hochgebirgswasserversorgungssystemen verhindert und Geräteschäden minimiert. (3) Die Anlaufparameter sind einstellbar. Sie können je nach Lastbedingungen und Eigenschaften des Netzschutzrelais ausgewählt und stufenlos auf den optimalen Anlaufstrom eingestellt werden. 4. Worin besteht der Unterschied zu einem Frequenzumrichter? Sanftanlaufgerät und Frequenzumrichter sind zwei Produkte mit völlig unterschiedlichen Anwendungsbereichen. Ein Frequenzumrichter wird eingesetzt, wenn eine Drehzahlregelung erforderlich ist. Sein Ausgang ändert nicht nur die Spannung, sondern auch die Frequenz. Ein Sanftanlaufgerät ist im Grunde ein Spannungsregler. Beim Anlauf eines Motors ändert sein Ausgang lediglich die Spannung, nicht aber die Frequenz. Ein Frequenzumrichter bietet alle Funktionen eines Sanftanlaufgeräts, ist jedoch deutlich teurer und komplexer aufgebaut. 5. Warum verfügen manche Sanftanlaufgeräte über Bypass-Schütze? Die meisten Sanftanlaufgeräte besitzen Bypass-Schützkontakte auf beiden Seiten des Thyristors. Die Vorteile sind: (1) Dadurch werden die vom Sanftanlaufgerät im laufenden Betrieb erzeugten Oberschwingungen vermieden. (2) Der Thyristor des Sanftanlaufgeräts ist nur beim Anlaufen und Anhalten aktiv, wodurch eine Überhitzung im Dauerbetrieb verhindert und seine Lebensdauer verlängert wird. (3) Im Falle eines Ausfalls des Sanftanlaufgeräts dient das Bypass-Schütz als Notstromversorgung. 6. Die Hauptmerkmale der Zhitong-Sanftanlaufgeräte: (1) Unser Unternehmen verwendet eine volldigitale Steuerung: Die Ein-Chip-CPU des Sanftanlaufgeräts triggert den Thyristor direkt über den Trigger-Optokoppler. Dadurch wird die Steuerung nicht durch Umwelteinflüsse, Drift, Temperatur oder Luftfeuchtigkeit beeinträchtigt. Dies verbessert Zuverlässigkeit, Bedienbarkeit und Sicherheit erheblich. Die Schaltung ist einfach und kompakt. (2) Die CPU unseres Ein-Chip-Mikrocomputers wird hauptsächlich importiert. (3) Als erstes Unternehmen in China realisiert Zhitong eine echte 1:3-Steuerung ohne externen Frequenzumrichter oder komplexe externe Logikschaltungen. Dies ermöglicht die zuverlässige Nutzung von 3-zu-1- oder 1-zu-1-Schaltungen im praktischen Einsatz. Andere Hersteller verwenden externe Schaltungen zur Bypass-Verzögerung, was zu weniger Funktionen auf der Platine, komplexeren elektrischen Bauteilen und einer höheren Fehleranfälligkeit führt. Die 1:3-Steuerung wird durch externe Schaltungen realisiert. 7. Der Sanftanlaufmotor unseres Unternehmens verfügt über drei Einstellmöglichkeiten: (1) Anlaufspannung (Drehmoment): Unterschiedliche Lasten erfordern unterschiedliche Anlaufspannungen. Beim Anlauf einer Last sollte die Anfangsspannung höher sein, die genaue Spannung lässt sich jedoch nicht festlegen. Unser Sanftanlaufmotor ermöglicht die Anpassung dieser Spannung. (2) Anlaufzeit: Unterschiedliche Lasten erfordern eine Anpassung der Anlaufzeit. Einstellmethode: Beträgt die Anlaufzeit üblicherweise 12 Sekunden und ist die Messung innerhalb von 6 Sekunden abgeschlossen (der Strom erreicht seinen Höchstwert und fällt dann abrupt ab), kann die Anlaufzeit auf 6 Sekunden eingestellt werden. (3) Einstellung der Sanftstoppzeit (hauptsächlich bei Wasserpumpen zur Vermeidung von Druckstößen): Dies sorgt für einen stabileren Systemlauf. Der Strombegrenzungsanlauf begrenzt, wie der Name schon sagt, den Anlaufstrom des Motors. Er dient hauptsächlich dazu, den Anlaufspannungsabfall bei geringen Lasten zu reduzieren. Da der Anlaufspannungsabfall während des Anlaufs schwer zu bestimmen ist und der Spannungsabfallspielraum nicht optimal genutzt werden kann, führt dies zu einem Verlust an Anlaufdrehmoment, was dem Motor schadet. Der Rampenanlauf, wie der Name schon sagt, ist ein linearer Spannungsanstieg von niedrig auf hoch. Er wandelt den traditionellen stufenlosen Anlauf von einem gestuften zu einem stufenlosen Verfahren um. Er wird hauptsächlich für den Anlauf unter hoher Last eingesetzt. Zu seinen Nachteilen zählen ein geringes Anfangsdrehmoment, ein parabolischer Drehmomentanstieg, der sich nachteilig auf das Antriebssystem auswirkt, und eine lange Anlaufzeit, die den Motor schädigt. Der Drehmomentanlauf wird ebenfalls für den Anlauf unter hoher Last verwendet. Er erhöht das Anlaufdrehmoment des Motors linear von niedrig auf hoch. Seine Vorteile sind ein sanfter Anlauf, hohe Flexibilität und ein besserer Schutz des Antriebssystems. Ziel ist es, das Antriebssystem zu schützen und seine Lebensdauer zu verlängern. Gleichzeitig reduziert er die Belastung des Stromnetzes beim Anlauf des Motors. Er ist die optimale Methode für den Anlauf unter hoher Last. Sein Nachteil ist die relativ lange Anlaufzeit. Der Drehmoment-Sprung-Anlauf ähnelt dem Drehmomentanlauf und wird ebenfalls für den Anlauf unter hoher Last eingesetzt. Der Unterschied besteht darin, dass ein plötzlicher Drehmomentsprung das statische Drehmoment des Motors im Anlaufmoment überwindet, gefolgt von einem sanften Drehmomentanstieg, wodurch die Anlaufzeit verkürzt wird. Der Anlaufimpuls erzeugt jedoch Spannungsspitzen im Stromnetz, die andere Verbraucher stören können. Daher ist bei seiner Verwendung besondere Vorsicht geboten. Für den Anlauf bei geringer Last wird der spannungsgesteuerte Anlauf verwendet. Er maximiert das Anlaufdrehmoment des Motors und gewährleistet gleichzeitig einen geringen Spannungsabfall beim Anlauf. Dadurch wird die Anlaufzeit minimiert, was ihn zur optimalen Methode für den Sanftanlauf bei geringer Last macht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die geeignetsten und fortschrittlichsten Anlaufmethoden der spannungsgesteuerte Anlauf, der drehmomentgesteuerte Anlauf und der Anlaufimpuls mit Drehmomentanhebung sind. Die meisten aktuellen Sanftanlaufgeräte verwenden den strombegrenzenden Anlauf und den Anlaufimpuls mit Spannungsanhebung. Dies sind die einfachsten und grundlegendsten Methoden (z. B. Sanftanlaufgeräte von ABB und den meisten inländischen Herstellern). Andere verwenden den strombegrenzenden Anlauf und den Anlaufimpuls mit Drehmomentanhebung. Nur Sanftanlaufgeräte von Reynolds ermöglichen die Kombination aus spannungsgesteuertem Anlauf, reiner Drehmomentsteuerung und Anlaufimpuls mit Drehmomentanhebung. AB, Schneider und Siemens verwenden den strombegrenzenden Anlauf und den Anlaufimpuls mit Drehmomentanhebung. Es gibt drei Stoppmethoden: Freistopp, Sanftstopp und Bremsstopp. Die größten Vorteile elektronischer Sanftanlaufgeräte sind der sanfte Stopp und der Bremsstopp. Der sanfte Stopp verhindert den durch einen freien Stopp verursachten Trägheitsstoß im Antriebssystem. Der Bremsstopp ersetzt in bestimmten Situationen den Rückwärtsbremsstopp. Zuverlässigkeitsauswahl: Die Zuverlässigkeit wird anhand von drei Aspekten beurteilt: Kurzschlussschutz, störungsfreie Abschaltung und Ausfallrate. Die ersten beiden Aspekte sind in der Bedienungsanleitung des Produkts aufgeführt. Inländische Produkte, mit Ausnahme von „Renoir“ mit integriertem Kurzschlussschutz, verfügen in der Regel nicht über einen solchen Schutz und benötigen externe, schnell ansprechende Sicherungen. Automatische Schalter bieten keinen Schutz für elektronische Sanftanlaufgeräte. Auch ausländische Marken wie „ABB“ verzichten auf einen integrierten Kurzschlussschutz und benötigen externe, schnell ansprechende Sicherungen. Die störungsfreie Abschaltung hängt davon ab, ob das Sanftanlaufgerät über eine KGL-Einheit (Knowledge-Based Low-Level) verfügt. Die störungsfreie Abschaltung (auch als Abschaltung bei Störungen bezeichnet) stellt eine globale Herausforderung für alle leistungselektronischen Produkte dar. Derzeit ist unter den gängigen elektronischen Sanftanlaufgeräten auf dem Markt nur „Renoir“ mit einer KGL-Einheit ausgestattet. Bei der Auswahl intelligenter Steuerungsfunktionen ist auf den Intelligenzgrad zu achten: Verfügt das Gerät über eine Mikrocomputerschnittstelle, deren Kommunikationsadresse und -programmierung sowie die Funktionen Kommunikationssteuerung und Selbstdiagnose von Fehlern? Derzeit bieten nur Sanftanlaufgeräte der Marke „Renoir“ alle diese Funktionen und werden erfolgreich zur Mikrocomputersteuerung der städtischen Entwässerung in Tianjin eingesetzt. Weitere wichtige Aspekte sind der Umfang der Schutzfunktionen, die Kühlmethoden und die Betriebsarten, wie z. B. Überstromschutz, Überspannungsschutz, Schutz vor einphasigem Erdschluss, Schutz vor Phasenausfall (oben und unten), Schutz vor dreiphasiger Unsymmetrie und Phasenvertauschung. Die Kühlmethoden lassen sich in mechanische und natürliche Luftkühlung unterteilen. Berücksichtigen Sie, ob das Gehäuse eine mechanische Belüftung benötigt und wie die Komponenten angeordnet sind. Bei mechanisch gekühlten Gehäusen ist eine mechanische Belüftung erforderlich; elektrische Komponenten dürfen nicht direkt über dem Sanftanlaufgerät platziert werden. Auch der Neigungswinkel muss beachtet werden. Natürliche Luftkühlung stellt für Gehäuse keine solchen Anforderungen dar. Die Betriebsarten werden in Online- und Offline-Betrieb unterteilt; Offline-Betrieb sollte nach Möglichkeit gewählt werden. IV. Markenvergleich: Derzeit gibt es zahlreiche chinesische Hersteller von elektronischen Sanftanlaufgeräten mit einem breiten Produktangebot. Obwohl die meisten noch keine starke Markenpräsenz aufgebaut haben, verfügen sie dennoch über einen gewissen Marktanteil. Hinsichtlich technologischer Weiterentwicklung, Anwendungseffektivität und Marktanteil haben sich etwa fünf Unternehmen eine starke Marke und einen bedeutenden Einfluss auf dem chinesischen Markt erarbeitet: Renoir, ABB, Schneider Electric, AB und Siemens. Renoir ist aktuell die chinesische Marke mit den meisten Funktionen, der fortschrittlichsten Technologie, der größten Anwendungsvielfalt und dem höchsten Marktanteil. Das Unternehmen erhielt als erstes in China die Sicherheitszertifizierung des China Electrotechnical Products Certification Committee (CCEE) und die Zertifizierung nach ISO 9002. Renoir bietet vier Startmethoden: Strombegrenzungsstart, spannungsgesteuerter Start, drehmomentgesteuerter Start und Drehmoment-Start mit Sprungfunktion. Zudem stehen drei Stoppmethoden zur Verfügung: Freistopp, Sanftstopp und Bremsstopp. Es handelt sich derzeit um den einzigen Sanftanlaufmotor in China und weltweit mit einer umweltfreundlichen Einheit, der das Phänomen des störungsfreien Abschaltens vollständig eliminiert. „Renoir“ und „ABB“ sind beides nicht-inline-Anlaufmotoren, während die drei anderen online-Anlaufmotoren sind. „ABB“ verwendet Strombegrenzung und Spannungsrampenanlauf, die drei anderen hingegen Strombegrenzung und Drehmoment-plus-Sprunganlauf. Mit Ausnahme von „ABB“ verfügen alle über eine Bremsfunktion zum Anhalten. Preisvergleich: „Renoir“ kostet ca. 100–130 Yuan/kW, die vier anderen ca. 180–220 Yuan/kW. Fazit: Die Diskussion zeigt, dass sich die Anlaufverfahren für Elektromotoren mit reduzierter Spannung von Stern-Dreieck-Anlassern und Spartransformatoren über magnetisch gesteuerte Sanftanlaufmotoren bis hin zu den heutigen elektronischen Sanftanlaufmotoren entwickelt haben. Daher sollten in technischen Anwendungen, wenn ein Direktstart des Elektromotors nicht ausreicht, elektronische Sanftanlaufmotoren vorrangig in Betracht gezogen werden. Dies ist eine historische Phase der technologischen Entwicklung und eine unvermeidliche Phase, die eine gute Grundlage für die zukünftige intelligente Systematisierung der Steuerung schafft.