Motorstrom-Formel mit Rechenbeispiel und Faustregel
Die Formel für den Bemessungsstrom
Brauchst du nur das Ergebnis, rechnet es der Motorstrom-Rechner aus deinen Typenschildwerten, hier steht der Weg von Hand. Auf dem Typenschild eines Motors steht die Leistung, die er an der Welle abgibt. Aus dem Netz nimmt er mehr auf, denn ein Teil geht als Verlust in Wärme. Deshalb gehört neben cos φ auch der Wirkungsgrad η in die Rechnung:
P ist die Wellenleistung in Watt, U die Spannung zwischen zwei Außenleitern, also am Drehstromnetz meist 400 V. Den cos φ und den Wirkungsgrad findest du auf dem Typenschild oder im Datenblatt. Als Richtwerte für vierpolige Standardmotoren (IE1/IE2) nennt Eaton cos φ zwischen 0,81 bei kleinen und 0,88 bei großen Motoren, für 5,5 bis 11 kW einen Wirkungsgrad von 86 bis 87 % (Schaltungsbuch 10/23, S. 10-56). Motoren der Effizienzklasse IE3 haben einen höheren Wirkungsgrad.
Beispiel: 5,5-kW-Motor an 400 V
Ein Drehstrommotor mit 5,5 kW Wellenleistung hängt am 400-V-Netz. Auf seinem Typenschild stehen cos φ 0,84 und ein Wirkungsgrad von 88 %, also etwas mehr als die Eaton-Richtwerte. Eingesetzt:
Mit den Eaton-Richtwerten für IE1/IE2 (cos φ 0,82, η 86 %) kommen für denselben 5,5-kW-Motor 11,3 A heraus. Schon kleine Unterschiede bei cos φ und Wirkungsgrad verschieben den Strom also merklich.
Der Motor aus dem Beispiel nimmt rund 6,25 kW elektrische Wirkleistung auf (5,5 kW / 0,88). Wer den Wirkungsgrad vergisst und nur mit P / (√3 · U · cos φ) rechnet, kommt auf 9,5 A und liegt damit zu niedrig. Das ist der häufigste Rechenfehler beim Motorstrom.
Faustregel: 2 A pro kW bei 400 V
An der Maschine reicht oft eine schnelle Schätzung: Bei 400 V zieht ein Drehstrommotor etwa 2 A je kW. Im Vergleich mit den Richtwerten aus dem Eaton Schaltungsbuch trifft die Faustregel bei mittleren Motoren gut:
| Leistung | Faustregel 2 A/kW | Richtwert Eaton IE1/IE2, 4-polig, 400 V |
|---|---|---|
| 5,5 kW | 11 A | 11,3 A |
| 7,5 kW | 15 A | 15,2 A |
| 11 kW | 22 A | 21,7 A |
Richtwerte: Eaton Schaltungsbuch 10/23, S. 10-56. Für eine erste Abschätzung passt die Faustregel also. Der Strom auf dem Typenschild eines bestimmten Motors kann etwas darunter oder darüber liegen. Bei kleinen Motoren ist der Wirkungsgrad deutlich schlechter, ihr Strom liegt dann über der Faustregel.
Warum der Typenschildwert zählt
Formel und Faustregel liefern Rechenwerte. cos φ und Wirkungsgrad schwanken von Motor zu Motor, und welcher Strom fließt, hängt auch von der Schaltung ab. Am 400-V-Netz läuft ein Motor mit 230/400 V auf dem Typenschild in Stern, einer mit 400/690 V in Dreieck. Für die Auslegung von Motorschutz und Leitung nimmst du deshalb immer den Bemessungsstrom vom Typenschild für die Schaltung, in der der Motor tatsächlich läuft. Der Rechenwert hilft nur bei der Vorauswahl, etwa des Einstellbereichs am Motorschutzschalter.
Anlaufstrom je Anlaufart
Beim Einschalten zieht ein Asynchronmotor ein Vielfaches seines Bemessungsstroms. Wie viel, hängt von der Anlaufart ab. Für den 5,5-kW-Motor aus dem Beispiel mit 10,7 A:
| Anlaufart | Faktor × IN | Anlaufstrom Beispiel 10,7 A |
|---|---|---|
| Direktanlauf | 6–8 | ca. 64–86 A |
| Stern-Dreieck-Anlauf | 2–2,7 | ca. 21–29 A |
| Sanftanlauf (herstellerabhängig einstellbar) | 2,5–4 | ca. 27–43 A |
Im Stern liegen an jeder Wicklung nur 230 V statt 400 V. Anlaufstrom und Anzugsmoment sinken dadurch auf etwa ein Drittel. Das geht nur bei Motoren, deren Wicklung im Dreieck für die Netzspannung ausgelegt ist (400/690 V oder Δ 400 V auf dem Schild), und nur bei Antrieben, die leicht anlaufen. Wie die Umschaltung funktioniert, zeigt die Stern-Dreieck-Schaltung.
Der Anlaufstrom erklärt, warum Motorabgänge meist mit C- oder D-Charakteristik abgesichert werden: Ein B-Automat löst magnetisch schon beim 3- bis 5-fachen Nennstrom aus, ein C-Automat beim 5- bis 10-fachen, ein D-Automat beim 10- bis 20-fachen. Für Maschinen gibt es außerdem die K-Charakteristik, bei ABB mit magnetischer Auslösung beim 10- bis 14-fachen. Die Leitung wird trotzdem auf den Bemessungsstrom ausgelegt, weil der Anlauf nur kurz dauert. An langen Zuleitungen lohnt ein Blick auf den Spannungsfall.
So stellst du den Motorschutzschalter ein
Das Einstellrad am Motorschutzschalter kommt auf den Bemessungsstrom vom Typenschild, und zwar für die Schaltung, in der der Motor läuft. Bei 400 V in Dreieck ist das der Dreieckstrom. Nicht auf den Rechenwert und nicht auf den Nennstrom der Leitung.
Eine Ausnahme ist die Stern-Dreieck-Schaltung, wenn das Motorschutzrelais hinter dem Netzschütz in den Leitungen zu U1, V1 und W1 sitzt. Dort fließt nur der Strangstrom, also IN / √3 oder etwa das 0,58-fache des Bemessungsstroms. Maßgeblich sind die Angaben des Herstellers.
Löst der Schutz immer wieder aus, ist Hochdrehen keine Lösung. Meist steckt ein mechanisches oder elektrisches Problem dahinter, das eine Elektrofachkraft mit der Stromzange unter Last eingrenzt. Alle Werte hier sind Richtwerte, keine Auslegung. Den Bemessungsstrom für eigene Daten rechnest du im Rechner Motor-Bemessungsstrom nach.
Warum reicht P / (√3 · U · cos φ) beim Motor nicht?
Weil die Leistung auf dem Typenschild die abgegebene Wellenleistung ist. Der Motor nimmt mehr auf, beim Beispielmotor 6,25 kW statt 5,5 kW. Ohne Wirkungsgrad kommst du auf 9,5 A statt 10,7 A. Für Geräte ohne Wirkungsgrad-Angabe passt dagegen der Rechner Leistung in Strom umrechnen.
Wie gut stimmt die Faustregel 2 A je kW?
Bei mittleren Motoren gut. Für einen vierpoligen 5,5-kW-Motor an 400 V nennt Eaton als Richtwert 11,3 A, die Faustregel ergibt 11 A (Schaltungsbuch 10/23, S. 10-56). Bei kleinen Motoren mit schlechterem Wirkungsgrad liegt der Strom über der Faustregel. Verbindlich ist der Wert auf dem Typenschild.
Was ist der Unterschied zwischen Bemessungsstrom und Anlaufstrom?
Der Bemessungsstrom fließt dauerhaft bei voller Last, auf ihn werden Motorschutz und Leitung ausgelegt. Der Anlaufstrom fließt nur kurz beim Hochlaufen, bei Direktanlauf das 6- bis 8-fache. Er bestimmt vor allem die Auslösecharakteristik des Leitungsschutzschalters. Wie der Motor innen aufgebaut ist, zeigt der Asynchronmotor in 3D, den Anschluss im Klemmkasten das Klemmbrett.