Anlaufstrom Gartenpumpe

Was ist eigentlich der Anlaufstrom bei Gartenpumpen? 

Soll eine Gartenpumpe an einen Generator oder einen Spannungswandler wie einen Inverter für Solarstrom angeschlossen werden, reicht manchmal die Kapazität nicht aus, um den Pumpenmotor zu betreiben. Obwohl der Generator 500 Watt und die Pumpe lediglich 100 Watt hat, reicht die verfügbare Energie einfach nicht aus, den Motor in Schwung zu setzen. Zudem wundern sich einige Besitzer von Gartenpumpen über hohe Stromrechnungen. Auch hier ist nicht wirklich der Motor der Gartenpumpe derart gefräßig, sondern durch häufiges Einschalten wird jedes Mal der Anlaufstrom initiiert, der den Generator und Spannungswandler überfordert und für die gestiegene Stromrechnung verantwortlich ist. Was es mit dem Anlaufstrom bei Gartenpumpen auf sich hat, erkläre ich dir in diesem Heimwerker-Report.      

Was ist der Anlaufstrom?

Wird ein Wechselstrommotor eingeschaltet, benötigt dieser während des anfänglichen Halbzyklus einen extrem hohen Einschaltstrom, um sich überhaupt in Bewegung zu setzen. Bei älteren, herkömmlichen Wechselstrommotoren kann der Anlaufstrom mehr als das 20-fache der eigentlichen Leistung des Motors betragen, wenn auch nur für einen winzigen Augenblick. Dies bedeutet; Nimmt der Motor einer Gartenpumpe im Dauerbetrieb 5 Ampere auf, können es beim Starten der Pumpe mehr als 100 Ampere werden.

Unmittelbar nach dieser Startphase sinkt der Anlaufstom für zumeist wenige Sekunden auf das 5- bis 8-fache Niveau. Das beutet, dass noch immer für einen kurzen Zeitraum bis zu 40 Ampere gemessen werden können. Erst wenn der Pumpenmotor seine normale Betriebsdrehzahl erreicht hat, sinkt die Leistungsaufnahme auf die angegebenen 5 Ampere. Diese als Anlaufphase bezeichnete Zeitspanne kann wenige Sekunden, aber auch eine Minute und länger andauern. Die benötigte Zeit ist davon abhängig, wie schnell der Motor seine Synchrongeschwindigkeit erreichen kann.  

Diese Spitzenspannungen und Spitzenströme können in besonderen Situationen zur Zerstörung des Pumpenmotors führen. Ist beispielsweise das Pumpwerk blockiert oder das zu pumpende Medium besitzt eine sehr hohe Viskosität, kann der Pumpenmotor nicht oder nur schwer seine Normaldrehzahl erreichen. In der Folge ist die Stromaufnahme beim Anlaufen für eine länge Zeit extrem hoch.  Die elektrischen Leitungen und die Wicklung des Motors können dann überhitzen und durchbrennen, weil eben über eine längere Zeitspanne derart hohe Ströme anliegen.  

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Moderne Induktionsmotoren verursachen einen hohen Anlaufstrom 

Der Induktionsmotor zieht im Vergleich zum Betriebszustand einen hohen Anlaufstrom. Dieser beträgt beim modernen Induktionsmotor allerdings nur das etwa 5- bis 6-fache des Volllaststroms des Motors. 

Beispielsweise verursacht ein Induktionsmotor mit einer Nennleistung von 11 kW bei 22 Ampere und 440 Volt einen Anlaufstrom von rund 132 Ampere. Auch hier verringert sich die Stromaufnahme, wenn der Motor seine Grunddrehzahl oder Synchrondrehzahl erreicht hat.

Anlaufstrom Ursachen

Wenn der Rotor eines Induktionsmotors stillsteht, ist der Strom in den kurzgeschlossenen Leiterschleifen des Rotors sehr hoch. Grund dafür ist, dass der Widerstand und die Induktivität gering sind, während die effektive Frequenz der im Stromnetz entspricht. Dieser hohe Strom im Rotor erzeugt ein eigenes Magnetfeld, welches dem Hauptmagnetfeld des Stators entgegengesetzt ist. In der Folge steigt der Versorgungsstrom rapide an.

Ein weiterer Grund für den hohen Anlaufstrom beim Pumpenmotor mit Induktivtechnologie ist der Anlaufschlupf des Motors. Die in den Rotor induzierte Spannung hängt von der Synchrongeschwindigkeit des rotierenden Magnetfeldes und der Geschwindigkeit des Rotors ab. Beim Start steht der Rotor still, seine Drehzahl ist also gleich Null. Beim Anlaufen ist die Differenz zwischen der Synchrondrehzahl des rotierenden Magnetfeldes und der Drehzahl des Rotors maximal. Diese Differenz wird als Schlupf bezeichnet und ist mit ein Grund für hohe Anlaufströme. 

Dies ist in der Technik begründet. Da die Drehzahl des Rotors beim Start Null ist, schneidet der Rotorleiter den maximalen Fluss ab und die maximale Spannung wird im Rotor induziert. Wenn der Motor zu beschleunigen beginnt, richtet sich die Drehzahl des Rotors in Richtung der Synchrondrehzahl des Motors aus und der Schlupf wird reduziert.

Nachteile hoher Anlaufströme im Induktionsmotor und in herkömmlichen Pumpenmotoren 

Es gibt eine Reihe von Nachteilen, die durch hohe Anlaufströme ausgelöst werden: 

  • Bei leistungsstarken Pumpen kann es dazu kommen, dass andere Maschinen in ihrer Leistung beeinträchtigt sind, werden diese über den gleichen Stromkreis mit Energie versorgt. 
  • Je größer der Pumpenmotor ist, um so mehr leidet dieser durch hohe Einschaltströme, die beim häufigen Einschalten zu einem hohen Verschleiß und einer kurzen Lebenserwartung führen. 
  • Der durch die hohen Ströme verursachte beachtliche Temperaturanstieg im Pumpenmotor und in den elektrischen Leitungen kann zu Beschädigungen führen.   
  • Wird eine Gartenpumpe häufig eingeschaltet, entsteht bei jedem Anlaufen ein hoher Stromverbrauch, der sich deutlich sichtbar in der nächsten Stromrechnung niederschlägt.  

Gegenmaßnahmen bei hohem Anlaufstrom 

Der hohe Anlaufstrom führt bei jedem Einschalten zu einer Überhitzung des Motors. In der Folge lässt die Qualität der Isolierung der Motorwicklung nach, genau wie die Isolierung der elektrischen Leitungen. 

Überlastschutz für Pumpenmotoren 

Bei größeren Pumpen kann es deshalb nutzvoll sein, einen guten Motorüberlastschutz zu installieren. Dieser kann die Nutzungsdauer eines Motors erheblich verlängern. Tatsache ist leider, dass die meisten Pumpenmotoren nur einen begrenzten oder keinen Schutz gegen die Auswirkungen der Anlaufströme besitzen. 

Flinke Sicherungen

Für den Fall, dass das Pumpwerk blockiert ist oder der Motor anderweitig mechanisch überlastet wird, muss die Stromversorgung auf die Leistungsaufnahme der Pumpe angepasst werden. Hier helfen flinke Sicherungen, Schäden zu vermeiden.  

Techniken für große Pumpenmotoren 

Zudem kann dem Pumpenmotor beim Anlaufen geholfen werden, was sich aber nur bei größeren Pumpensystemen wirklich rentiert. Als Stichworte sollen hier die Techniken, Direkt Online (DOL), Stern-Dreieck-Schaltung bei Drehstrommotoren und der Autotransformator-Start erwähnt sein.

Pumpenmotor Technik

Softstarter/Anlaufhilfen

Auch für haushaltsübliche Pumpenmotoren geeignet sind andere Systeme, darunter der sogenannte Softstarter. Dieser begrenzt die Anfangsspannung des Motors, was dann zu einem verringerten Motordrehmoment führt. Dieses Gerät erhöht die Spannung schrittweise und führt zu geringeren Stromspitzen und einem hohen Drehmoment. Wie beim Frequenzumwandler, kann dieses System jedoch alle anderen Prozesse stören. 

Frequenzumwandler für Pumpen 

Der Frequenzumwandler speist die Motoren kontinuierlich, kann aber nur während des Anlaufs verwendet werden.

Der Vorteil dieser Methode ist der geringe Anlaufstrom aufgrund des geregelten Stroms und Drehmoments bei voller Drehzahl. Zudem ist diese Technik deutlich kostengünstiger als die Sanftanlasser.

Schlussansichten zum Anlaufstrom 

Der Anlaufstrom verursacht nicht nur einen hohen Verschleiß an den Pumpenmotoren, sondern auch eine hohe Stromrechnung. In der Folge solltest du deine Pumpe nur dann einschalten, wenn notwendig. Und bist du dabei, die Pflanzen im Garten zu wässern, kann es viel Geld sparen, wenn du die Pumpe einfach laufen lässt. Zwar ist dann der Wasserverbrauch höher, aber die nächste Stromrechnung jagt dir keinen Schrecken mehr ein.    

In unserem Gartenpumpen Ratgeber kannst du dir weitere hilfreiche Tipps durchlesen.