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Motor

Einschaltstrom des Motors

Berechnen Sie den Einschaltstrom des Motors, den Spannungsabfall beim Start und den I²t-Wert für die Auswahl von Sicherung und Leistungsschalter.

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Formel

I_inrush = k × I_FL, ΔV = I_inrush × R_line

k— Inrush multiplier (5–8 typical) (×)
I²t— Fuse energy rating (A²·s)

Wie es funktioniert

Wenn ein Motor zum ersten Mal mit Strom versorgt wird, steht der Rotor still und erzeugt keine Gegen-EMK. Die Wicklung wirkt wie eine reine Widerstandsinduktorlast, und der Anfangsstrom — auch Einschaltstrom oder Sperrstrom (LRC) genannt — wird nur durch die Wicklungsimpedanz bei Netzfrequenz begrenzt. Bei AC-Induktionsmotoren beträgt der LRC in der Regel das 5- bis 8-fache des Nennstroms bei Volllast. Bei Gleichstrommotoren ist der Einschaltstrom V_Supply/R_Armature, was dem 10—20-fachen Betriebsstrom entsprechen kann. Diese hohe Stromspitze muss bei der Dimensionierung von Sicherungen, Leistungsschaltern und Stromversorgungsschienen berücksichtigt werden.

Bearbeitetes Beispiel

Ein einphasiger Induktionsmotor mit 1,5 kW, 230 V und 50 Hz hat einen Nennstrom von 8,7 A und einen Stromvervielfacher (LRC-Verhältnis) von 6,5. Schritt 1 — Einschaltstrom: I_Einschaltstrom = LRC-Verhältnis × I_Rated = 6,5 × 8,7 = 56,6 A Schritt 2 — Dauer: Der Einschaltstrom klingt bei kleinen Motoren innerhalb von ca. 20—100 ms auf den Nennstrom ab (mechanische Zeitkonstante). Schritt 3 — Wählen Sie eine Sicherung aus: Verwenden Sie eine Sicherung mit Zeitverzögerung (langsames Durchbrennen), die für 125-150% des Volllaststroms ausgelegt ist. Sicherung = 1,25 × 8,7 = 10,9 A → Wählen Sie 12 A (Langsambetrieb) Schritt 4 — Drahtstärke prüfen: Das Versorgungskabel so dimensionieren, dass es mindestens 125% des Nennstroms entspricht (gemäß NEC 430.22): i_Wire = 1,25 × 8,7 = 10,9 A → 1,5 mm² Kupfer (Nennleistung 15 A) Ergebnis: Eine 12-A-Slow-Blow-Sicherung und ein 1,5 mm2-Versorgungskabel sind angemessen. Die 56,6-A-Einschaltspitze wird innerhalb von 100 ms gelöscht, ohne dass die Zeitverzögerungssicherung durchbrennt.

Praktische Tipps

  • ✓Verwenden Sie ein Sanftanlaufmodul oder einen Sterndreieckstarter für Motoren über 3 kW, um den Einschaltstrom auf das 2—3-fache des Nennstroms zu begrenzen und die mechanische Belastung der Kupplungen zu reduzieren
  • ✓Fügen Sie bei batteriebetriebenen Robotern eine große Kondensatorbank (1000—4700 µF) in der Nähe der H-Brücke des Motortreibers hinzu, um Einschaltströme zu absorbieren, ohne die Hauptversorgung der MCU abzustürzen
  • ✓Bei Motoren mit Frequenzumrichtern ist der Einschaltstrom an den Motorklemmen vernachlässigbar, da der Antrieb die Frequenz allmählich erhöht — aber der Frequenzumrichter selbst zieht beim Einschalten immer noch einen großen Impuls aus dem Stromnetz

Häufige Fehler

  • ✗Verwendung von Schnelldurchlaufsicherungen für Motorkreise — die Einschaltspitze durchbrennt sie bei jedem Start; verwenden Sie immer Sicherungen mit Zeitverzögerung (Typ D oder langsam durchgebrannt)
  • ✗Dimensionierung des Netzteils nur für den Nennstrom — eine ungeregelte Stromversorgung kann beim Einschalten stark durchhängen, es sei denn, sie hat eine 3—5-fache Kopffreiheit oder einen Sanftanlaufkreis
  • ✗Unterschätzung des Einschaltstroms in batteriebetriebenen Systemen — der Einschaltstrom erzeugt einen Spannungseinbruch, der die Mikrocontroller zurücksetzen oder die CAN-Bus-Kommunikation zum Absturz bringen kann

Häufig gestellte Fragen

Der elektrische Einschaltstrom (Stromspitze bei Null-Back-EMF) klingt innerhalb von 1—3 elektrischen Zeitkonstanten (L/R) ab, typischerweise 10—50 ms. Die mechanische Belastung verlängert den hohen Stromverbrauch, bis der Rotor die Betriebsdrehzahl erreicht hat. Die Gesamtbeschleunigungszeit reicht von 100 ms für einen kleinen Motor ohne Last bis zu mehreren Sekunden für eine Maschine mit großer Belastung.
Ein Frequenzumrichter verhindert das Einschalten des Motors, indem Frequenz und Spannung schrittweise erhöht werden. Der eigene Gleichrichter und die DC-Buskondensatoren des Frequenzumrichters ziehen jedoch beim ersten Einschalten einen starken Strom aus dem Stromnetz ab. Dieser muss mit Vorladewiderständen oder Wechselstromdrosseln bewältigt werden.
Es handelt sich um den gleichen Strom, der unter verschiedenen Bedingungen gemessen wird. Der Strom im geschlossenen Rotor (LRC) ist der stationäre Strom, wenn der Rotor mechanisch stationär gehalten wird. Der Einschaltstrom ist der vorübergehende Spitzenwert im Moment des Einschaltens. Er kann aufgrund von transienten magnetischen Strömen, die dem Transformator ähneln, kurzzeitig den LRC-Wert überschreiten.

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