Leistung von Elektromotoren und Stromverbrauch

[VolkerW]

Liebe Foristen,

für Stationärmaschinen wie beispielsweise Formatkreissägen werden gegen einen meist geringen Aufpreis Elektromotoren mit höherer Leistung angeboten, also z.B. mit 5 kW statt serienmäßig 4 kW.

Bislang war ich der Meinung, dass stärker immer besser ist, weil es ja möglich ist, dass man eine zusätzliche Leistungsreserve gut gebrauchen könnte. Jetzt aber ist die Überlegung aufgekommen, ob die Leistungsreserve, die vielleicht nie wirklich benötigt wird, mit einem ständig höheren Stromverbrauch erkauft wird.

Weiß jemand, ob ein 5 kW-Motor in einer Formatkreissäge immer mehr Strom verbraucht als ein Motor mit 4 kW, auch wenn die Mehrleistung tatsächlich gar nicht abgerufen wird? Oder regelt die Elektronik dies so, dass bei gleicher Beanspruchung der Stromverbrauch beider Motoren gleich ist?

Viele Grüße

Volker

 

[Bernd das Brett]

Hallo Volker,

der Drehstrommotor zieht nur soviel Leistung, wie er benötigt, die Drehzahl möglichst beizubehalten. Ohne Last (Leerlauf) zieht er also nur die Leistung für Lagerreibung, Lüfterrad, Keilriemen etc. Ein größerer Motor wird hier vielleicht minimal mehr brauchen als ein kleinerer, aber insgesamt ist die Leistung viel kleiner als beim Sägen unter Last.
Du kannst also beruhigt den größeren Motor kaufen.

Gruß
Bernd

 

[rafikus]

Hallo,

Bernd hat schon das wichtigste aufgeschrieben.
Nur noch eine Kleinigkeit:

Oder regelt die Elektronik dies so, dass bei gleicher Beanspruchung der Stromverbrauch beider Motoren gleich ist?

In den meisten Holzbearbeitungsmaschinen werden die Motoren einfach ein- und ausgeschaltet. Es gibt dort keinerlei Elektronik, was die Motorsteuerung angeht.
Sollte ein Frequenzumrichter zur Drehzahlveränderung des Motors eingebaut sein, so trifft trotzdem das von Bernd geschriebene zu.

Rafikus

 

[Time_to_wonder]

Naja, ein PKW-Motor mit 3 Liter Hubraum braucht auch mehr Sprit als der mit 2 Litern Hubraum. Obwohl man ja auch nicht ständig 250 km/h fährt. Warum? Weil man etwas flotter den Berg hoch kommt oder schneller beschleunigt.

Ist bei der Säge auch so. Bei 18er Leimholz Fichte nehmen sich die verschiedenen Maschinen nicht viel. Bei 52mm Buche hingegen merkst Du, dass der größere Motor souveräner durchzieht. Beim Kleinen kommst Du an die Grenze und reduzierst den Vorschub. Ergebnis: Der große verbraucht dann mehr Energie. Aber ich würde es trotzdem machen, man hat ja auch was davon.

 

[Komihaxu]

Du kannst also beruhigt den größeren Motor kaufen.

Naja, eine Sache würde ich Bedenken: EINSCHALTSTROMSPITZE!

Der größere Motor wird im Einschaltmoment auch einen größeren Einschaltstrom produzieren. In der heimischen Werkstatt hat man vielleicht nicht gerade die optimale Elektroverkabelung in Industriequalität. Besonders wird man keine speziellen Leitungsschutzschalter haben (Charakteristik "C" oder "K").

Wenn Kreissäge und Absaugung gleichzeitig anlaufen, kann es für eine Haushaltssicherung schon mal knapp werden und sie fällt beim Einschalten. Bei unnötig großen Motoren umso mehr.

 

[hobbybohrer]

Hallo,
wenn die Einschaltstromspitze tatsächlich zum Problem werden sollte, dann kann man entweder einen Stern-Dreieck-Umschalter davorschalten oder einen Einschaltstrombegrenzer oder einen Sanftanlauf oder eine Einschaltautomatik.....
Grüße Richard

 

[Time_to_wonder]

Hallo,
wenn die Einschaltstromspitze tatsächlich zum Problem werden sollte, dann kann man entweder einen Stern-Dreieck-Umschalter davorschalten oder einen Einschaltstrombegrenzer oder einen Sanftanlauf oder eine Einschaltautomatik.....
Grüße Richard

Eigentlich erst einmal C-Automaten ausprobieren.

 

[schrauber-at-work]

Nabend,

Ist bei der Säge auch so. Bei 18er Leimholz Fichte nehmen sich die verschiedenen Maschinen nicht viel. Bei 52mm Buche hingegen merkst Du, dass der größere Motor souveräner durchzieht. Beim Kleinen kommst Du an die Grenze und reduzierst den Vorschub. Ergebnis: Der große verbraucht dann mehr Energie. Aber ich würde es trotzdem machen, man hat ja auch was davon.

Ich würde sagen das nimmt sich nichts. Wie Jörg schrieb zieht die grössere Maschine suveräner durch und der Schnitt geht schneller.
Unterm Strich benötigen aber beide in etwa die selbe Energiemenge da die kleinere ja länger für den Schnitt benötigt, somit bleibt die verbrauchte Energie die selbe.
Ob ich nun 4KW für z.b. 25s oder 5KW für 20s benötige kommt unterm Strich auf das selbe raus.
Lediglich beim starten des Motors braucht der 5KW Motor etwas mehr da das zu überwindende Massenträgheitsmoment durch die grössere Bauart (Rotor grösser und schwerer) höher ist.

Würde die grössere nehmen.

Gruß Stephan

 

[Komihaxu]

Hallo,
wenn die Einschaltstromspitze tatsächlich zum Problem werden sollte, dann kann man entweder einen Stern-Dreieck-Umschalter davorschalten oder einen Einschaltstrombegrenzer oder einen Sanftanlauf oder eine Einschaltautomatik.....

Aktuelle Maschinen verfügen über einen Wiederanlaufschutz. Da ist das nicht mehr so einfach, ohne massive Eingriffe in die Verkabelung der Maschine selbst. Für einen Laien nicht machbar.

Eigentlich erst einmal C-Automaten ausprobieren.

Nur möglich, wenn es die Qualität der Leitungen hergibt. Impedanz-Messung ist vorher Pflicht. Also muss für die Aktion der Elektriker her. Erzeugt wieder ungeplante Zusatzkosten - und das, obwohl der 5kW-Motor in der Hobbywerkstatt kaum je nötig sein wird.

 

[IngoS]

Hallo,

meine Maschine hat 3 Motore a 2,2kW bei 100% Einschaltdauer. Das reicht für den engagierten Hobbyschreiner wirklich gut aus. In den 34 Jahren, die ich die Maschine habe sind die Schutzschalter nur 4-5 mal angesprungen.

Gruß

Ingo

 

[Handjive]

Aktuelle Maschinen verfügen über einen Wiederanlaufschutz. Da ist das nicht mehr so einfach, ohne massive Eingriffe in die Verkabelung der Maschine selbst. Für einen Laien nicht machbar.


Nur möglich, wenn es die Qualität der Leitungen hergibt. Impedanz-Messung ist vorher Pflicht. Also muss für die Aktion der Elektriker her. Erzeugt wieder ungeplante Zusatzkosten - und das, obwohl der 5kW-Motor in der Hobbywerkstatt kaum je nötig sein wird.

 

[Handjive]

Hallo,
das mit dem C-Automaten hatte ich gemacht.

Ich hatte mir eine Schaltung gebaut, mit der ua. beim Einschalten der Hobelmaschine (5kw, 400 v) auch die Absauganlage (1,5 kw, auch 400 v) anspringen sollte.
Das klappte aber nicht immer, weil manchmal, direkt beim Einschalten, der Hobelmaschine eine der drei Automaten (B-charakteristik, 16 A) abschaltete. Diese drei einzelnen B-Automaten habe ich dann gegen einen Dreier-C-Automaten (auch 16 A, und die drei Automaten schalten immer gemeinsam und gleichzeitig aus) umgetauscht.
Alles funktioniert jetzt zu meiner vollsten Zufriedenheit.
Aber der Post vorhin, mit der Impedanzmessung durch den Elektriker, hat mich jetzt verunsichert.
Was könnte da jetzt noch passieren und wie wahrscheinlich wäre so etwas?

Gruss peter

 

[VolkerW]

Besonders wird man keine speziellen Leitungsschutzschalter haben (Charakteristik "C" oder "K").

Das ist ein interessanter Hinweis, vielen Dank. Die 400V-Leitung ist gesondert abgesichert. Wenn ich wieder zu Hause bin, werde ich mir die Automaten einmal ansehen.

Viele Grüße
Volker

 

[Time_to_wonder]

Aber der Post vorhin, mit der Impedanzmessung durch den Elektriker, hat mich jetzt verunsichert.
Was könnte da jetzt noch passieren und wie wahrscheinlich wäre so etwas?
Gruss peter

B- und C-Automaten unterscheiden sich bezüglich des Kurzschlussschutzes. Beim Schutz vor Überlast gibt es hingegen keine Unterschiede.

Die magnetische Sofortauslösung (Kurzschlussschutz) passiert beim B-Automaten ab dem dreifachen des Nennstroms, beim C-Automaten erst ab dem fünffachen des Nennstroms. Der B-Automat fliegt also bei 48A sofort raus, der C-Automat erst bei 80 A. Das ist bezüglich des Einschaltstroms (Hobelmaschine und Absaugung) vorteilhaft.

Wenn nun aber tatsächlich mal ein Kurzschluss ansteht, ist das dann ein Problem, wenn der Schleifenwiderstand der Leitung den dann fließenden Kurzschlusstrom auf unter 80A reduziert. Dann schaltet der B-Automat immer noch ab, der C-Automat aber nicht = Gefahr für Leib und Leben, Brandgefahr!

Deine Anlage ist, davon gehe ich jetzt mal aus, gemessen worden mit B-Automaten. Da Du nun die Bedingungen verändert hast, sollte nachgewiesen werden, dass durch die C-Charakteristik der Kurzschlussschutz noch gegeben ist. In aller Regel passt das, wenn es nun aber gerade bei Dir aber nicht passt und es kommt zum Schaden... (ich spar mir den Rest).

 

[WinfriedM]

Deine Anlage ist, davon gehe ich jetzt mal aus, gemessen worden mit B-Automaten. Da Du nun die Bedingungen verändert hast, sollte nachgewiesen werden, dass durch die C-Charakteristik der Kurzschlussschutz noch gegeben ist.

Das zu checken, ist auf jeden Fall sinnvoll, wobei auch vor der Umrüstung bei B-Automaten der maximale Spannungsfall (ich glaub) bei < 3% liegen darf. Das bedeutet eine Schleifenimpedanz von ca. 0,4 Ohm. Um ein Problem zu bekommen, müsste man bei etwa 2,8 Ohm ankommen, weit weg von diesem Wert. Bei korrekt installierter Elektrik ist also ein Austausch von B nach C immer möglich.

Die Schleifenimpedanz kann man übrigens auch mal selber testen und kann das aus Sicherheitsgründen auch ab und zu mal tun. Einfach mit einem geeigneten Multimeter die Spannung an der entferntesten Steckdose im Leerlauf messen und dann mal mit einer definierten Last belasten und so auch die Spannung messen. Dann kann man sich den Spannungsfall berechnen und den auf 16A (bzw. der Absicherung) umrechnen. Und dann einfach mal schauen, ob der unter 3% liegt. Was man damit allerdings noch nicht getestet hat: Ob der Schutzleiter genauso niederohmig ist, wie die beiden stromführenden Leiter. Sollte er, aber wenn eine Klemmstelle nicht ok ist, hat man ein Problem.

 

[Time_to_wonder]

Das zu checken, ist auf jeden Fall sinnvoll, wobei auch vor der Umrüstung bei B-Automaten der maximale Spannungsfall (ich glaub) bei < 3% liegen darf. Das bedeutet eine Schleifenimpedanz von ca. 0,4 Ohm.

Nee Winfried, das ist glaube ich ein Trugschluss. Der Spannungsfall ergibt sich rein aus der ohmschen Komponente. Die Schleifenimpedanz berücksichtigt wie der Name schon sagt Phänomene aus dem Wechselstromnetz und kann höher liegen.

Im Anhang mal eine beispielhafte Rechnung einer Steckdose - nur für die ohmsche Komponente.

Und deine 3% beziehen sich nur auf den Abschnitt zwischen HAK/Zähleranlage (je nach Norm) und Steckdose. Da kommt noch das vorgelagerte Netz hinzu - bis zur Trafostation.

 

[WinfriedM]

Soweit mir bekannt, gehts bei Schleifenimpedanz nur um die ohmsche Komponente.

https://de.wikipedia.org/wiki/Schleifenimpedanz

Aber du hast recht, es werden Widerstände vor dem HAK mit einbezogen und die 3% beziehen sich nicht auf die ganze Schleife.

Bei meiner vorgeschlagenen Messung des Spannungsfalls würden die ganze Schleife mit einbezogen sein. Man misst also, was in der gesamten Schleife für ein Maximalstrom fließen kann, der durch die ohmschen Komponenten begrenzt wird. Und das ist ja das Entscheidende, wenn man sich fragt, ob der Automat noch auslöst.

Hab aber gerade gelesen, dass Typ C bis zu 10 fach Strom braucht, um sofort auszulösen. Dann wären es nur noch 1,4 Ohm Schleifenimpedanz, die deutlich unterschritten werden müssten.

 

[Komihaxu]

Das klappte aber nicht immer, weil manchmal, direkt beim Einschalten, der Hobelmaschine eine der drei Automaten (B-charakteristik, 16 A) abschaltete. Diese drei einzelnen B-Automaten habe ich dann gegen einen Dreier-C-Automaten (auch 16 A, und die drei Automaten schalten immer gemeinsam und gleichzeitig aus) umgetauscht.
Alles funktioniert jetzt zu meiner vollsten Zufriedenheit.

Gute Idee, das auszutauschen. Fällt nur eine Phase weg und du schaltest deine Geräte nicht sofort ab, kann dir z.B. die Motorwicklung durchbrennen, z.B. wenn du das nicht gleich bemerkst und eine Absaugung noch eine Zeit auf 2 Phasen weiterläuft. Nicht sehr wahrscheinlich, aber möglich.

Hab aber gerade gelesen, dass Typ C bis zu 10 fach Strom braucht, um sofort auszulösen. Dann wären es nur noch 1,4 Ohm Schleifenimpedanz, die deutlich unterschritten werden müssten.

Korrekt.
B braucht mindesten 5x, C braucht 10x.
Die Anlage muss also den doppelten ursprünglich benötigten Kurzschluss-Strom bringen, wenn man von B auf C-Automat wechselt.
Laut Norm braucht es bei der Messung mit einem C16-Automaten übrigens sogar 0,95 Ohm (entspricht 240 A Kurzschluss-Strom)!
Man bedenke, dass auch noch gerne mal 10 Meter mehr Kabel und 2 bis 3 Steckverbinder dazu kommen, bis man von der Steckdose (über die Absaugung?) an die Kreissäge zu kommen.
Wenn ein Fi vorhanden ist, wäre das aus Sicht des Personenschutzes nicht so kritisch. Brandschutz ist in der Holzwerkstatt aber durchaus auch ein Thema.

 

[WinfriedM]

...oder die 30Meter Kabeltrommel, die noch an einer Steckdose mit C-Absicherung angeschlossen wird. Das kann in der Tat vom Brandschutz irgendwann kritisch werden, weil die Sicherung bei Kurzschluss nicht mehr auslöst.

 

[herm]

Naja, Brandschutz ist da denke ich schon noch gewährleistet (Kabelbrand), die thermische Komponente löst ja soundso aus wenn der Nennstrom überschritten wird.... Trotzdem müssen natürlich die notwendigen Impendanzen eingehalten werden...

 

[seschmi]

Um zur urspünglichen Frage zurückzukommen: Der Stromverbrauch dürfte kaum relevant sein. Erstens ist die Säge ja in der Hobbywerkstatt nicht allzu oft eingeschaltet, zum anderen ist der Wirkungsgrad von Elektromotoren sehr hoch (>90%), d.h. der größte Teil der elektrischen Energie wird auch in Mechanische umgewandelt, und das über einen breiten Lastbereich.
Der Vergleich mit einem Benzinmotor hinkt: Ein Sechszylinder hat einfach eine höhere innere Reibung als ein (gleich aufgebauter) Vierzylinder, weil er sechs Zylinder bewegen muss. Damit ist der Wirkungsgrad erstmal schlechter, vor allem, wenn wenig Leistung abgerufen wird, und der Motor nur sich selbst bewegt. Deshalb gibt es ja das ganze Downsizing, Zylinderabschaltung usw.
Das gilt beim Elektromotor aber nur sehr bedingt, weil die innere Reibung sehr gering ist, d.h. die meiste Leistung kommt wirklich an der Welle an. Ein E-Motor im Leerlauf braucht nur sehr wenig Strom (sonst würde er ja extrem heiß, irgendwo muss die Leistung ja hin).

Du wirst den Unterschied also in der Stromrechnung nicht merken, dazu spielen andere Faktoren eine viel größere Rolle. Wenn ich sehe, wie viel bei uns die Playstation der Kinder läuft...

 

[VolkerW]

Ich habe nachgesehen: Der Dreier-Sicherungsautomat für den 400V-Anschluss ist ein Typ „B“. Ich habe verstanden, dass das zu Problemen beim Einschalten der Maschine führen kann. Gilt das auch, wenn die Maschine einen „Stern-Dreieck-Start“ hat?

Um die Diskussion nicht auf die Frage abgleiten zu lassen, welche Motoren in einer Hobbywerkstatt benötigt werden: Ich schaue mich gerade nach einer gebrauchten Formatkreissäge-Fräsmaschine um. Wenn die angebotenen Maschinen aus einer gewerblichen Nutzung stammen, haben sie oft Motoren aus höheren Leistungsklassen. Es geht mir hier darum, ob ich solche Maschinen von vornherein ausschließen muss, oder ob sie, beispielsweise mit „Stern-Dreieck-Start“, auch mit einer (neu verlegten) Verkabelung in einer Hobbywerkstatt nutzbar sind.

Viele Grüße
Volker

 

[magmog]

[....]Ich schaue mich gerade nach einer gebrauchten Formatkreissäge-Fräsmaschine um. Wenn die angebotenen Maschinen aus einer gewerblichen Nutzung stammen, haben sie oft Motoren aus höheren Leistungsklassen. Es geht mir hier darum, ob ich solche Maschinen von vornherein ausschließen muss, oder ob sie, beispielsweise mit „Stern-Dreieck-Start“, auch mit einer (neu verlegten) Verkabelung in einer Hobbywerkstatt nutzbar sind.

Viele Grüße
Volker

Guuden,

Ja, geht bei den Bedingungen ohne Weiteres.

 

[Georg L.]

ist der Wirkungsgrad von Elektromotoren sehr hoch (>90%),

Wirklich? Warum haben dann die meisten Elektrogeräte eine Abgabeleistung die etwa 50% der Aufnahmeleistung entspricht? Auf meiner ELU OF97 steht z.B. Aufnahmeleistung 1100 Watt und Abgabeleistung 620 Watt. Und die hat kein Getriebe wie z.B. eine Bohrmaschine oder ein Winkelschleifer welches den Leistungsverlust erklären könnte.

 

[schrauber-at-work]

Warum haben dann die meisten Elektrogeräte eine Abgabeleistung die etwa 50% der Aufnahmeleistung entspricht? Auf meiner ELU OF97 steht z.B. Aufnahmeleistung 1100 Watt und Abgabeleistung 620 Watt. Und die hat kein Getriebe wie z.B. eine Bohrmaschine oder ein Winkelschleifer welches den Leistungsverlust erklären könnte.

Hallo Georg,

das ist relativ einfach zu erklären. Deine OF97 hat einen Bürstenbehafteten (Universal-) Motor. Diese haben immer einen schlechteren Wirkungsgrad als ein Drehstrom-Asynchron Motor. Diese erreichen je nach Baugröße und Leistung sogar über 90%, ältere die nicht gerade der aktuellen IE3 Norm entsprechen könne aber auch schon mit bis zu 85% Wirkungsgrad "glänzen".

Gruß Stephan