Wie funktioniert die Stern-Dreieck-Schaltung?
Wozu der Umweg über den Stern?
Ein Drehstrom-Asynchronmotor zieht beim direkten Einschalten das 6- bis 8-Fache seines Bemessungsstroms. Die Stern-Dreieck-Schaltung startet den Motor deshalb zuerst mit verringerter Spannung an jeder Wicklung und schaltet erst nach dem Hochlauf auf die volle Spannung um.
Das Ergebnis: Anlaufstrom und Anzugsmoment gehen auf etwa ein Drittel zurück.
Welche Spannung liegt an jeder Wicklung?
Der Motor hat drei Wicklungen mit je zwei Enden: U1–U2, V1–V2 und W1–W2. Wie sie verbunden sind, entscheidet über die Spannung, die jede Wicklung am 400-V-Netz bekommt:
| Schaltung | Verbindung der Enden | Wicklung liegt zwischen | Spannung je Wicklung |
|---|---|---|---|
| Stern (Anlauf) | U2, V2, W2 verbunden zum Sternpunkt | Außenleiter und Sternpunkt | 230 V |
| Dreieck (Betrieb) | Anfang jeder Wicklung mit dem Ende einer anderen, auf dem Klemmbrett U1 mit W2, V1 mit U2, W1 mit V2 | zwei Außenleitern | 400 V |
Im Klemmkasten erledigen das sonst Brücken auf dem Klemmbrett — siehe Klemmbrett im Motor. Beim Stern-Dreieck-Anlauf werden die Brücken entfernt. Alle sechs Wicklungsenden gehen an die Schütze, und die schalten um.
Voraussetzung: Das Typenschild muss passen
Im Betrieb läuft der Motor im Dreieck an der vollen Netzspannung. Er muss also für Dreieck an 400 V ausgelegt sein. Auf dem Typenschild steht dann 400/690 V oder Δ 400 V. Die kleinere Spannung gilt immer für Dreieck, die größere für Stern.
| Typenschild | Schaltung am 400-V-Netz | Stern-Dreieck-Anlauf |
|---|---|---|
| 400/690 V | Dreieck | möglich |
| 230/400 V | Stern | nicht möglich — im Dreieck bekäme jede Wicklung zu viel Spannung |
Wo die sechs Klemmen am Motor sitzen, zeigt das Modell Asynchronmotor in 3D.
Der Ablauf mit drei Schützen und Zeitrelais
Im Hauptstromkreis sitzen drei Schütze: Das Netzschütz Q1 legt L1, L2 und L3 über das Motorschutzrelais an U1, V1 und W1. Das Sternschütz Q2 verbindet U2, V2 und W2 zum Sternpunkt. Das Dreieckschütz Q3 legt L1 an V2, L2 an W2 und L3 an U2. Dann liegen U1 und V2 an L1, V1 und W2 an L2, W1 und U2 an L3. Auch das ist ein Dreieck, nur anders verbunden als mit den Brücken auf dem Klemmbrett. So zeigt es auch das Schaltungsbuch von Eaton: Sind die Phasen hier falsch angeschlossen, kann es beim Umschalten sehr hohe Stromspitzen geben. Im Steuerstromkreis kommt das Zeitrelais K1 dazu.
| Schritt | Q1 | Q2 | Q3 | Motor |
|---|---|---|---|---|
| S1 drücken | an | an | aus | läuft im Stern an, K1 startet |
| Zeit von K1 abgelaufen | an | aus | an | läuft im Dreieck |
| S0 drücken | aus | aus | aus | steht |
Q1 hält sich nach dem Loslassen von S1 über seinen Hilfskontakt 13/14 selbst. Ist die Zeit abgelaufen, öffnet ein Kontakt von K1 den Pfad des Sternschützes und ein zweiter schließt den Pfad des Dreieckschützes. Umgeschaltet werden soll, wenn der Motor im Stern annähernd seine Drehzahl erreicht hat. Die Zeit stellst du deshalb passend zum Antrieb ein. Im interaktiven Plan der Stern-Dreieck-Schaltung sind es zum Zuschauen nur 5 Sekunden. Löst das Motorschutzrelais aus, öffnet sein Kontakt 95/96 den ganzen Steuerstromkreis.
Die Verriegelung zwischen Stern und Dreieck
Stern- und Dreieckschütz dürfen nie gleichzeitig anziehen. Das Sternschütz würde sonst die drei Außenleiter miteinander verbinden, die das Dreieckschütz an die Wicklungsenden legt — ein Kurzschluss. Deshalb liegt im Spulenpfad von Q2 ein Öffner von Q3 und im Spulenpfad von Q3 ein Öffner von Q2. Dasselbe Prinzip kennst du von der Wendeschützschaltung.
Anlaufstrom und Anzugsmoment
Der Rechner Motor-Bemessungsstrom rechnet den Anlauf mit diesen Näherungsbereichen:
| Anlaufart | Anlaufstrom | Beispiel IN = 13,9 A |
|---|---|---|
| Direktanlauf | 6–8 × IN | rund 83–111 A |
| Stern-Dreieck | 2–2,7 × IN | rund 28–38 A |
Die 13,9 A stammen von einem Beispiel-Typenschild eines 7,5-kW-Motors mit 400/690 V. Der Haken: Auch das Anzugsmoment sinkt auf etwa ein Drittel. Der Stern-Dreieck-Anlauf passt deshalb nur zu Antrieben, die lastarm anlaufen. Eine voll beladene Zentrifuge kommt so nicht hoch.
Worauf kommt der Motorschutz?
Sitzt das Motorschutzrelais wie im Plan hinter dem Netzschütz in den Leitungen zu U1, V1 und W1, fließt dort im Dreieckbetrieb nur der Strangstrom. Er ist um den Faktor √3 kleiner als der Bemessungsstrom auf dem Typenschild:
Ein typischer Fehler ist, hier den Außenleiterstrom statt des Strangstroms einzustellen. In der Praxis gibt es weitere Varianten der Schaltung, etwa mit dem Sternschütz vor dem Netzschütz oder mit einer Umschaltpause. Maßgeblich sind deshalb immer der Schaltplan und die Angaben des Herstellers. Alle Werte hier sind Richtwerte zum Verstehen der Schaltung, keine Auslegung.
Kann ich jeden Drehstrommotor mit Stern-Dreieck anlaufen lassen?
Nein. Der Motor muss an 400 V in Dreieck laufen, auf dem Typenschild also 400/690 V oder Δ 400 V. Ein Motor mit 230/400 V gehört am 400-V-Netz in Stern und würde im Dreieck überlastet. Dazu muss der Antrieb leicht anlaufen, weil das Anzugsmoment im Stern auf etwa ein Drittel sinkt.
Bleiben die Brücken im Klemmkasten drin?
Nein. Beim Stern-Dreieck-Anlauf werden die Brücken auf dem Klemmbrett entfernt. Alle sechs Wicklungsenden U1, V1, W1 und U2, V2, W2 werden angeschlossen, und die Schütze übernehmen die Verbindung zum Stern oder zum Dreieck.
Wie viel Strom zieht der Motor beim Stern-Dreieck-Anlauf?
Als Näherung das 2- bis 2,7-Fache des Bemessungsstroms, also etwa ein Drittel des Direktanlaufs. Bei 13,9 A auf dem Typenschild sind das rund 28 bis 38 A statt rund 83 bis 111 A. Deinen eigenen Motor rechnest du mit dem Rechner Motor-Bemessungsstrom nach.