Betriebs- und Schutzarten elektrischer Maschinen

Erwärmung von Maschinen

Die Erwärmung von Maschinen erfolgt nach einer sogenannten Exponentialfunktion.

Für die Erwärmungskurve steht in der Hochzahl ( = der Exponent) das Verhältnis der Zeit t zu der Zeitkonstante τ (sprich: "TAU") und die Basis ist die Eulersche Zahl e ( = 2,71828). Per Taschenrechner kann die Exponentialfunktion mit der Taste ex berechnet werden.

Mit dieser Potenzfunktion lässt sich jede Erwärmungszeitkurve berechnen. Das Diagramm der Temperaturkurve über der Zeit sieht immer wie folgt aus:

ERwärmung nach einer Exponentialfunktion

Für die Erwärmung gilt

  • Nach der Zeitkonstanten (τ-Sekunden) hat der Motor 63% seiner Endtemperatur erreicht.
  • Nach fünf Zeitkonstanten (5τ-Sekunden) hat der Motor seine Endtemperatur erreicht.

    • Für die Abkühlung gilt

  • Nach der Zeitkonstanten sind 63% der übertemperatur des Motors abgebaut.
  • Nach fünf Zeitkonstanten ist der Motor auf Umgebungstemperatur abgekühlt.

    • Betriebsarten

    Motoren müssen so bemessen werden, dass die zulässigen Wicklungstemperaturen bei der vorgesehenen Betriebsart nicht überschritten werden.

    Wir unterscheiden:

    Dauerbetrieb S1

    Der Motor läuft so lange mit Nennlast, dass er die Endtemperatur erreicht;

    Dauerbetrieb S1

    Kurzzeitbetrieb S2

    Der Motor läuft zu kurz, um sich auf Endtemperatur zu erwärmen. Die Betriebspause reicht zum vollständigen Auskühlen des Motors aus.

    Kurzzeitbetrieb S2

    Aussetzbetrieb S3

    Die Betriebspause reicht zum vollständigen Auskühlen des Motors nicht mehr aus.

    Aussetzbetrieb S3

    Durchlaufbetrieb mit Aussetzbelastung S6

    Der Motor kann sich im Leerlauf nicht abkühlen.

    Durchlaufbetrieb mit Aussetzbelastung S6

    Betriebsartenumrechnung

    Vom Dauerbetrieb in Kurzzeitbetrieb

    Wird eine Maschine statt im Dauerbetrieb (S1) im Kurzzeitbetrieb (S2) verwendet, kann die geforderte Leistung vergrößert werden.

    Es gilt:

    Leistungsumrechnung S2 in S1

    dabei ist

    1. tB(S1) ... die Zeit für den Dauerbetrieb oder 5τ < tB
    2. tB(S2) ... die Zeit für den Kurzzeitbetrieb oder t << 5τB

    Vom Dauerbetrieb in Aussetzbetrieb

    Wird eine Maschine statt im Dauerbetrieb (S1) im Aussetzbetrieb (S3) verwendet, und ist die Abkühlungszeitkonstante sicher kleiner als die Stillstandszeit tSt (5τ < tSt), dann kann die geforderte Leistung ebenfalls vergrößert werden.

    Es gilt:

    Umrechnung von S1 auf S3

    dabei ist

    1. tS ... die Spieldauer
    2. tB ... die Betriebszeit

    Lastwechselbetrieb

    Wenn während des Betriebes verschiedene Belastungen auftreten (S6), wird die durchschnittliche Leistungsabgabe der Maschine wie folgt berechnet:

    Lastwechsel im Betrieb

    Für die weitere Berechnung ist:

    1. tS = tB1 + tB2 + tP ... die Spieldauer
    2. tB = tB1 + tB2 ... die Betriebszeit
    3. Pm = P1 ... die Ausgangsleistung

    Vom Kurzzeitbetrieb in Dauerbetrieb

    Für die Spieldauer kann bei gleichbleibender Betriebsart auch die relative Zeit in 100% angegeben werden. Dann ist die Betriebszeit des Motors die Einschaltdauer ED in % der Spieldauer tS. Somit gilt:

    und

    Bei Motoren ohne spezielle ED-Angabe kann der Einsatz im Dauerbetrieb angenommen werden. ED - Motoren (zB: ED 15%; 25%; 40%; 60%) können bei der angegebenen Leistung nicht im Dauerbetrieb laufen! Bei ihnen gilt:

    1. der Index (1) ... steht für die Werte vor dem Umbau
    2. der Index (2) ... steht für die Werte nach dem Umbau

    So kann die Beziehung für die Berechnung der

    1. Leistungserhöhung bei Betriebszeitverkürzung oder für
    2. Leistungsverringerung bei Betriebszeiterhöhung herangezogen werden.

    Schutzarten von elektrischen Maschinen

    Unter Schutzarten verstehen wir die konstruktiven Maßnahmen gegen das Eindringen von Flüssigkeiten (Wasser) und Festkörpern in das Gehäuse.

    Das Bezeichnungssystem besteht aus dem Kürzel IP xx (International Protection) gefolgt von zwei Kennziffern xx:

    Schutz gegen Eindringen von festen Fremdkörpern:

    Kennziffer 1Schutz gegen ...
    0-
    1... große Fremdkörper (Ø > 50 mm)
    2... mittelgroße Fremdkörper (Ø > 12 mm)
    3... kleine Fremdkörper (Ø > 2,5 mm)
    4... kornförmige Fremdkörper (Ø > 1 mm)
    5... Staubablagerung (Eindringen nur in einem Maß, das die Arbeitsweise nicht beeinträchtigt wird)
    6... Eindringen von Staub

    Schutz gegen Eindringen von Flüssigkeiten:

    Begriffe für das Eindringen von Wasser:

    Kennziffer 2Schutz gegen ...
    0-
    1... senkrecht fallendes Tropfwasser
    2... schräg fallendes Tropfwasser
    3... Sprühwasser
    4... Spritzwasser
    5... Strahlwasser
    6... schädliche Feuchte bei überflutung
    7... schädliche Feuchte bei kurzem Eintauchen in Wasser
    8... schädliche Feuchte bei Untertauchen bis zu einem bestimmten Druck