KUSA-Schaltung
Die KUSA-Schaltung (Kurzschlussläufersanftanlauf-Schaltung) ist eine elektrische Schaltung, mit der das Anlaufdrehmoment von Drehstrommotoren mit Kurzschlussläufer für einen Sanftanlauf herabgesetzt werden kann.<ref name= "Quelle 1" />
Einsatzbereiche
Die KUSA-Schaltung wird bei Motoren bis maximal 5 kW eingesetzt, wenn das Anlaufdrehmoment einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten darf;<ref name= "Quelle 4" /> bei leistungsstärkeren Motoren wird diese Schaltung aufgrund der Verluste am Vorwiderstand nicht angewendet.<ref name= "Quelle 6" /> Der Hauptanwendungsbereich ist bei Textilmaschinen, da es hier auf einen besonders sanften und stoßfreien Anlauf ankommt.<ref name= "Quelle 7" />
Vielfach wird anstelle des „Kusawiderstandes“ ein Sanftanlaufgerät eingesetzt. Es arbeitet nach dem Prinzip der Phasenanschnittsteuerung, dadurch lässt sich der Strom in der beschalteten Motorzuleitung zwischen Null und Nennstrom ändern.<ref name= "Quelle 4" />
Aufbau und Funktion
In eine der drei Motorzuleitungen wird während der Hochlaufphase des Motors ein Dämpferwiderstand (Anlasswiderstand) oder eine Drosselspule geschaltet, die nach Erreichen der Nenndrehzahl mittels eines Schaltkontaktes wieder überbrückt werden.<ref name= "Quelle 1" /><ref name= "Quelle 3" /> Dadurch verringert sich die Spannung in der beschalteten Motorwicklung entsprechend der Größe des Vorwiderstandes;<ref name= "Quelle 8" /> die Statorströme in den beiden Zuleitungen werden allerdings etwas größer als bei direktem Anlauf.<ref name= "Quelle 2" /> Dadurch verändert sich die Größe des magnetischen Flusses, das Drehfeld wird asymmetrisch<ref name= "Quelle 8" /> und geht in eine Ellipsenform über. Mit abnehmender Stromstärke wird die Spannungsunsymmetrie an den Motoranschlüssen wieder geringer.<ref name= "Quelle 8" /> Die Drehzahl des Motors ändert sich bei der KUSA-Schaltung nicht.<ref name= "Quelle 2" />
Bei langen Anlaufzeiten kann es zum Auslösen eines phasenausfallempfindlichen Motorschutzrelais kommen. Deshalb sind solche Motorschutzrelais für einphasigen Kurzschlusssanftanlauf nicht geeignet, hier verwendet man stattdessen Motorschutzrelais ohne Phasenausfallerkennung.
Da die Dimensionierung und Berechnung in der Praxis aufgrund der unterschiedlichen Lastverhältnisse und Steuerungen des Motors sehr ungenau ist, wird der „Kusawiderstand“ großzügig bemessen und vor Ort optimal an die Lastverhältnisse angepasst.<ref name= "Quelle 3" />
Betrachtung von Drehfeld und Drehmoment
Das Anlaufdrehmoment lässt sich in weiten Bereichen beeinflussen:<ref name= "Quelle 5" />
- ohne Vorwiderstand wird ein reines Drehfeld gebildet, und der Motor läuft mit normalem Anlaufdrehmoment an.
- bei einem unendlich großen Vorwiderstand ist der Motor nur mit zwei Wicklungen angeschlossen, die Maschine entwickelt kein Drehfeld, sondern nur ein Wechselfeld.<ref name= "Quelle 7" /> Das auf- und abschwellende Wechselfeld lässt sich vergleichen mit zwei gleich großen Drehfeldern, welche unterschiedliche Drehrichtungen besitzen.<ref name= "Quelle 5" /> Da auch kein Anlaufdrehmoment erzeugt wird, läuft der Motor nicht an. Stattdessen verhält er sich so, als würden zwei gleich starke Motoren auf einer Welle sitzen und gegeneinander drehen:<ref name= "Quelle 8" /> während der eine Motor versucht, die Welle zu drehen, wirkt der andere praktisch als Bremse.
- bei Widerstandswerten, die zwischen den beiden Extremen liegen, entsteht in der Maschine ein „Drehfeld“. Je größer der Wert des Anlaufwiderstandes, desto schwächer wird dieses Feld und desto mehr verändert es seine Form von kreisrund (bei Vorwiderstand Null) zu einer Ellipse.<ref name= "Quelle 5" />
- Bei der Überbrückung des Widerstands ändert sich das Drehmoment sprunghaft und wird stärker.
Vor- und Nachteile
- Vorteile<ref name= "Quelle 8" />
- sanfter ruckfreier Anlauf
- keine Stöße und Schläge in Getriebe oder Übertragungsteilen
- einfacher Schaltungsaufbau
- Nachteile<ref name= "Quelle 3" />
- unsymmetrische Belastung der Außenleiter
- Auslösung des Phasenausfallschutzes möglich
- nur für Motoren bis maximal 5 kW geeignet
- in öffentlichen Netzen meistens nur für Motoren bis 2,2 kW zugelassen
Einzelnachweise
<references> <ref name="Quelle 1">FANAL Schaltungspraxis. 7. Auflage, Metzenauer & Jung GmbH, Wuppertal.</ref> <ref name="Quelle 2">Ernst Hörnemann, Heinrich Hübscher: Elektrotechnik Fachbildung Industrieelektronik. 1. Auflage. Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig 1998, ISBN 3-14-221730-4.</ref> <ref name="Quelle 3">Helmut Greiner: Anlaufen, Bremsen, Positionieren mit Drehstrommotoren. Danfoss Bauer GmbH, Esslingen 2001, Online (PDF; 9,1 MB) (abgerufen am 7. Mai 2015).</ref> <ref name="Quelle 4">Detlev Roseburg: Elektrische Maschinen und Antriebe. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 1999, ISBN 3-446-21004-0.</ref> <ref name="Quelle 5">Klaus Fuest, Peter Döring: Elektrische Maschinen und Antriebe. 6. Auflage, Friedrich Vieweg Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2004, ISBN 3-528-54076-1.</ref> <ref name="Quelle 6">Gregor D. Häberle, Heinz O. Häberle: Transformatoren und Elektrische Maschinen in Anlagen der Energietechnik. 2. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten 1990, ISBN 3-8085-5002-3.</ref> <ref name="Quelle 7">Franz Moeller, Paul Vaske (Hrsg.): Elektrische Maschinen und Umformer. Teil 1 Aufbau, Wirkungsweise und Betriebsverhalten, 11. überarbeitete Auflage, B. G. Teubner, Stuttgart 1970, S. 140.</ref> <ref name="Quelle 8">Günter Boy, Horst Flachmann, Otto Mai: Die Meisterprüfung Elektrische Maschinen und Steuerungstechnik. 4. Auflage, Vogel Buchverlag, Würzburg 1983, ISBN 3-8023-0725-9, S. 129.</ref> </references>