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202626.10.

Japanische Maschine: 200 V, 50/60 Hz und Trafo am 400-V-Netz

Arbeiten mit JapanAktualisiert am 26.10.202622 Min. Lesezeit

Auf dem Typenschild einer Maschine aus Japan steht „3φ AC 200 V 50/60 Hz“. Ihr Werk in Deutschland, Österreich oder der Schweiz wird dagegen mit 400 V (230/400 V) und 50 Hz versorgt. Bevor jemand die Maschine anschließt, müssen drei Fragen geklärt sein: Braucht sie einen Transformator? Verhalten sich ihre Motoren bei Ihrer Frequenz wie ausgelegt? Und welche internen Spannungen (200 V, 100 V, 24 V DC) betreffen Sie überhaupt?

Die kurze Antwort: Japanische Werke betreiben Motoren üblicherweise an Drehstrom 200 V (größere Lasten an der 400-V-Klasse), Beleuchtung und Kleingeräte an einphasig 100 V und die Steuerung an 24 V DC. Das Netz hat im Osten Japans 50 Hz, im Westen 60 Hz. Eine Maschine für 200 V braucht an einem 400-V-Netz in der Regel einen Abwärtstransformator oder eine andere Spannungsvariante des Lieferanten. Die Frequenz ist eine getrennte Prüfung, denn sie ändert die Motordrehzahl und die Belastung von Motoren und AC-Spulen.

Dieser Leitfaden erklärt die japanischen Spannungen auf Zeichnungen und Typenschildern und stellt sie typischen Werksnetzen in Deutschland, Österreich, der Schweiz und einigen Konzernstandorten gegenüber. Er zeigt, warum derselbe Motor bei 400 V nur den halben Strom aufnimmt, und endet mit einer Checkliste und einer versandfertigen Anfrage an den japanischen Lieferanten. Er benennt, was zu klären ist, und ist keine Montageanleitung.

Inhalt
  1. Die Spannungen in einem japanischen Werk
  2. Japan und Ihr Werk: typische Versorgungsspannungen und Frequenzen
  3. Warum die Spannung Strom und Leitungsverluste verändert
  4. Was 50 Hz gegenüber 60 Hz ändert
  5. Braucht es einen Transformator?
  6. Den 24-V-DC-Kreis am fernen Ende prüfen
  7. Checkliste vor Bestellung und Anschluss
  8. Fragen an den japanischen Lieferanten
  9. Wo dieser Leitfaden endet
  10. FAQ
  11. Quellen

Die Spannungen in einem japanischen Werk

Ein japanisches Werk arbeitet nicht mit einer einzigen Spannung. Die Versorgung richtet sich nach der Last und nach dem werkseigenen Auslegungsstandard. Große Pumpen und Lüfter kommen für die Drehstromversorgung der 400-V-Klasse in Frage, allgemeine Motorlasten laufen auch an Drehstrom 200 V.

Beleuchtung, Steckdosen und Kleingeräte hängen an einphasig 100 V. Sensoren, SPS-Ein-/Ausgänge und Relais arbeiten typischerweise mit 24 V DC.

„400-V-Klasse“ ist keine einzelne Zahl. Betriebsmittel dieser Klasse können für 400 V, 415 V oder 440 V bemessen sein, zwei Geräte mit dem Etikett „400 V“ sind also nicht zwingend austauschbar. Auch innerhalb einer Maschine treten mehrere Spannungen auf: Ein Stellantrieb kann den Motor mit 200 V speisen, für Auf/Zu-Befehl und Rückmeldung aber eine ganz andere Spannung verwenden.

Abbildung 1: Leistung und Steuerung laufen an getrennten Versorgungen

Eine typische Anordnung in einem japanischen Werk. Nur ein Funktionsschema: Klemmen und Schutzeinrichtungen sind weggelassen, es ist kein Anschlussplan.

LeistungDrehstrom200 V oder400-V-KlasseMotorSteuertransformatorAC 100 VNetzteilDC 24 VSPS, Sensoren

Manche Netzteile akzeptieren AC 200 V (oder Ähnliches) direkt, der zweistufige Pfad ist also nicht immer nötig.

Die 24-V-DC-Versorgung ist mehr als ein kleinerer Transformator. Elektronik wie SPS und Rechner braucht stabile, niedrige Gleichspannungen, dafür sind neben der Spannungsabsenkung auch Gleichrichtung und Stabilisierung nötig.

Für ein Werk in Europa ist diese Aufteilung wichtig. Den 24-V-DC-Steuerkreis erzeugt meist ein Netzteil im Schaltschrank der Maschine, sodass nur dessen Eingangsbemessung zu Ihrem Netz passen muss. Von Ihrem Netz hängen dagegen die Drehstromversorgung der Motoren und alle Lasten an einphasig 100 V direkt ab. Diese 100 V sind außerhalb Japans unüblich, bei Ihnen liegen einphasig 230 V an. Jede 100-V-Last der Maschine muss daher einzeln identifiziert werden.

50 Hz im Osten, 60 Hz im Westen

Das japanische Netz ist zweigeteilt. Ostjapan mit Tokio läuft mit 50 Hz, Westjapan mit Osaka mit 60 Hz. Die Grenze verläuft ungefähr vom Fluss Fuji in der Präfektur Shizuoka bis Itoigawa in der Präfektur Niigata und ist keine gerade Linie. Der Ursprung liegt in den 1890er-Jahren: Tokio installierte deutsche 50-Hz-Generatoren, Osaka amerikanische 60-Hz-Generatoren.

Deshalb stehen auf japanischen Typenschildern und Datenblättern so oft beide Frequenzen. Ein Lieferant in Nagoya oder Osaka prüft eine Maschine womöglich bei 60 Hz, einer nahe Tokio bei 50 Hz. „Made in Japan“ sagt nicht, für welche Frequenz die Maschine eingestellt und geprüft wurde. Fragen Sie nach. Ihr 50-Hz-Netz entspricht dem Osten Japans, eine Maschine aus dem Westen wurde unter Umständen nie bei 50 Hz gefahren.

Abbildung 2: Die zwei Netzfrequenzen Japans

In Grenznähe kann die Frequenz von Ort zu Ort wechseln. Maßgeblich ist der örtliche Netzbetreiber.

OstjapanWestjapan
Frequenz50 Hz60 Hz
BeispieleRaum Tokio, Tohoku, HokkaidoNagoya, Osaka, Hiroshima, Kyushu
GrenzeUngefähr vom Fluss Fuji (Shizuoka) bis Itoigawa (Niigata), keine gerade Linie
Was das für Sie bedeutetEine japanische Maschine kann bei einer der beiden Frequenzen eingestellt und geprüft worden sein. Klären Sie, bei welcher, und ob auch bei Ihrer Frequenz geprüft wurde

„Teiatsu“ (Niederspannung) heißt nicht ungefährlich

Japanische Dokumente verwenden drei gesetzliche Spannungsbereiche aus der nationalen Verordnung über technische Normen für elektrische Anlagen (Artikel 2). Sowohl 200 V als auch 400 V Wechselspannung fallen unter teiatsu (低圧, Niederspannung). Beispielsweise gehören 3.300 V und 6.600 V Wechselspannung zu koatsu (高圧, Hochspannung) und werden anders behandelt als Niederspannungsanlagen mit 200 V oder 400 V. Steht in einem japanischen Dokument „Hochspannung“, sind damit also nicht 400 V gemeint.

Beachten Sie die Abweichung zu Ihren Begriffen: Nach der Grenze in Japan endet die Niederspannung bei 600 V Wechselspannung. In der deutschen und europäischen Normung (DIN VDE 0100, Niederspannungsrichtlinie 2014/35/EU) reicht sie bis 1.000 V Wechselspannung. Die japanischen Anlagen von 3,3 kV und 6,6 kV entsprechen eher dem, was Sie als Mittelspannung kennen.

Abbildung 3: Gesetzliche Spannungsbereiche in Japan

Aus Artikel 2 der Verordnung. Achten Sie auf den Unterschied zwischen „bis“ und „über“.

BereichWechselspannungGleichspannung
Niederspannung (teiatsu, 低圧)bis 600 Vbis 750 V
Hochspannung (koatsu, 高圧)über 600 V bis 7.000 Vüber 750 V bis 7.000 V
besonders hohe Spannung (tokubetsu koatsu, 特別高圧)über 7.000 Vüber 7.000 V

Das sind japanische Rechtsbegriffe. Die Grenzen nach VDE und Niederspannungsrichtlinie (bis 1.000 V AC bzw. 1.500 V DC) sind andere.

Der Rechtsbegriff ist keine Sicherheitsangabe. Für eine ohmsche Last besagt das ohmsche Gesetz (U = R · I), dass der Strom bei konstantem Widerstand mit der Spannung steigt. Der menschliche Körper lässt sich aber nicht auf einen festen Widerstand oder eine einzige Stromschwelle zwischen „sicher“ und „gefährlich“ reduzieren.

Die Schwere eines Stromunfalls hängt davon ab, wo die Person berührt, welchen Weg der Strom nimmt, wie lange er fließt und wie feucht die Umgebung ist. Auch 100 V bergen eine echte Gefahr. Niedrigere Spannung ersetzt nicht den Berührungsschutz, die richtige Erdung und Schutzeinrichtungen sowie die Verfahren zum Freischalten.

Japan und Ihr Werk: typische Versorgungsspannungen und Frequenzen

Die Tabelle stellt Japan den Netzen gegenüber, die für Leser im deutschsprachigen Raum und an Konzernstandorten typisch sind. Verstehen Sie sie als Ausgangspunkt. Veröffentlichte Nennwerte und die im Werk gemessenen Werte können abweichen.

Abbildung 4: Typische Drehstromversorgungen im Vergleich

Nennwerte aus veröffentlichten Quellen. Bestätigen Sie Spannung, Frequenz und Netzform stets am Aufstellort.

LandÜbliche DrehstromspannungenFrequenzHinweise
Japan200 V; 400-V-Klasse (400/415/440 V) für größere Lasten50 Hz Ost / 60 Hz WestEinphasig 100 V für Beleuchtung und Kleinlasten
Deutschland400 V (230/400 V)50 Hz230 V zwischen Außenleiter und Neutralleiter; üblich ist ein Toleranzband von ±10 % am Netzanschlusspunkt
Österreich, Schweiz400 V (230/400 V)50 HzNennwerte; Werksnetz und Netzbetreiber bestätigen
USA (Konzernwerke)480 V (277/480 V), 208 V (120/208 V), 240 V60 HzMotor-Typenschilder nennen Anwendungsspannungen: 460 V an 480-V-Netzen, 200 V an 208 V, 230 V an 240 V
Indien, Südostasien (Werke außerhalb Europas)meist 400 V; in Indien 415 V (240/415 V) verbreitet; in Vietnam wird 380 V (220/380 V) noch oft genannt50 Hz (Philippinen: 60 Hz)Werte vor Ort messen und mit dem Netzbetreiber bestätigen

Die Quellen stehen am Ende des Artikels. Wo Quellen sich widersprechen, sind beide Werte genannt.

Zwei Muster fallen auf. Erstens ist eine japanische 200-V-Maschine außerhalb Japans fast überall ein Spannungskonflikt. Eine teilweise Ausnahme ist ein US-Netz mit 208 V, das Japans 200 V nahekommt, aber trotzdem am Bemessungsbereich der Maschine geprüft werden muss.

Zweitens: Ihr 50-Hz-Netz passt zu Ostjapan, nicht zu Westjapan. Die Frequenzfrage hängt also davon ab, wo der Lieferant sitzt, und nicht nur davon, wo Sie sitzen.

Warum die Spannung Strom und Leitungsverluste verändert

Bei gleicher Leistung bedeutet höhere Versorgungsspannung kleineren Strom. Darum betreiben Werke große Motoren an 400 V oder 480 V statt an 200 V. Leistung ist die je Zeiteinheit genutzte elektrische Energie, gemessen in Watt (W) oder Kilowatt (kW). Bei Gleichstrom ist sie das Produkt aus Spannung und Strom, bei Wechselstrom kommen die Phasenzahl und der Leistungsfaktor hinzu.

Gleichstromleistung
P = U · I
Wirkleistung, einphasiger sinusförmiger Wechselstrom
P = U · I · cos φ
Wirkleistung, symmetrischer sinusförmiger Drehstrom
P = √3 · U · I · cos φ
P: aufgenommene Wirkleistung [W]. U: Spannung [V] (bei Wechselstrom Effektivwert; bei Drehstrom Außenleiterspannung). I: Strom [A] (bei Wechselstrom Effektivwert; bei Drehstrom Außenleiterstrom). cos φ: Leistungsfaktor [dimensionslos]. Bei starker Kurvenverzerrung oder Unsymmetrie ersetzt diese einfache Drehstromformel keine Messung.

Bei gleicher Wirkleistung und gleichem Leistungsfaktor halbiert doppelte Spannung den Strom. Das vergleicht zwei Motoren, die jeweils für ihre eigene Spannung gebaut sind. Es heißt nicht, dass Sie 400 V an einen 200-V-Motor legen dürfen.

Beispiel: Außenleiterstrom eines 7,5-kW-Motors bei verschiedenen Spannungen

Die kW-Angabe auf dem Typenschild ist normalerweise die Bemessungs-Wellenleistung und nicht die elektrische Aufnahme. Der Wirkungsgrad ist die Wellenleistung geteilt durch die elektrische Aufnahme, der Leistungsfaktor die Wirkleistung geteilt durch die Scheinleistung. Um aus der Wellenleistung den Strom zu berechnen, brauchen Sie beides.

Angenommen sei ein hypothetischer Drehstrommotor mit 7,5 kW Wellenleistung, 90 % Wirkungsgrad und Leistungsfaktor 0,80. Zur Veranschaulichung gelten Wirkungsgrad und Leistungsfaktor in jeder Spannungsvariante als gleich. Die tatsächlichen Bemessungsströme stehen im Datenblatt des jeweiligen Produkts.

Drehstrom-Außenleiterstrom aus der Wellenleistung
I = Pab√3 · U · η · cos φ
I200 = 7.500√3 · 200 · 0,90 · 0,80 = rund 30,1 A
I400 = 7.500√3 · 400 · 0,90 · 0,80 = rund 15,0 A
Pab: Wellenleistung [W]. η: Motorwirkungsgrad [dimensionslos]. I200, I400: Außenleiterstrom der jeweiligen Spannungsvariante [A]. 7,5 kW = 7.500 W. Das sind weder Anlauf- noch Teillaststrom.

Abbildung 5: Gleiche Wellenleistung, jeder Motor an seiner Bemessungsspannung

Hypothetisches Beispiel: 7,5 kW, 90 % Wirkungsgrad, Leistungsfaktor 0,80. Zwei getrennte Motoren, nicht ein Motor an zwei Spannungen.

Drehstrommotor 200 VAußenleiterstrom ≈ 30,1 ADrehstrommotor 400 VAußenleiterstrom ≈ 15,0 ABeide: 7,5 kW Wellenleistung, rund 8,33 kW elektrische Aufnahme

Bei 90 % Wirkungsgrad nehmen beide Motoren rund 8,33 kW elektrisch auf. Der Wechsel auf 400 V halbiert nicht den Energieverbrauch, er halbiert den Strom. Dieselbe Formel liefert für die Spannungen, denen Sie begegnen können, die folgenden Werte:

Abbildung 6: Außenleiterstrom desselben hypothetischen 7,5-kW-Motors

Gleiche Annahmen wie oben (90 % Wirkungsgrad, Leistungsfaktor 0,80), für jede Spannung berechnet. Keine Datenblattwerte.

BemessungsspannungWo Sie sie sehenAußenleiterstromKabelverlust I²R gegenüber 200 V (gleiches Kabel)
200 VJapanrund 30,1 A100 %
208 VUS-Netze 120/208 Vrund 28,9 Arund 92 %
400 VDeutschland, Österreich, Schweiz; Japan (400-V-Klasse)rund 15,0 A25 %
415 Vu. a. Indien, Malaysiarund 14,5 Arund 23 %
460 VUS-Netze 480 V (Motor-Typenschild)rund 13,1 Arund 19 %

Verlustverhältnis = (200 / U)². Reale Motoren haben je Spannungsvariante andere Wirkungsgrade und Leistungsfaktoren. Für die Auslegung von Kabeln und Schutzorganen gelten die Datenblattströme.

Kleinerer Strom senkt die ohmschen Kabelverluste

Die im Kabel verlorene Wärme ist proportional zum Quadrat des Stroms. Bei gleichem Leitermaterial, gleicher Länge und gleichem Querschnitt senkt halber Strom die ohmschen Kabelverluste auf ein Viertel.

Ohmsche Verluste in einem dreiphasigen Dreileitersystem mit gleichem Widerstand je Außenleiter
PV = 3 · I² · R
PV,400PV,200 = (0,5)² = 0,25
PV: ohmsche Verluste in allen drei Leitern [W]. R: Widerstand eines Leiters [Ω]. I: Außenleiterstrom [A]. Verglichen bei gleichem R. Motorinterne Verluste und Transformatorverluste sind nicht enthalten.

Abbildung 7: Halber Strom, ein Viertel der Kabelverluste

Relative Werte mit 200 V = 100. Gleiche Leistung, gleicher Leistungsfaktor, gleicher Kabelwiderstand.

Außenleiterstrom200 V: 100400 V: 50Kabelverlust200 V: 100400 V: 25Ein kleinerer Querschnitt hat mehr Widerstand, daher neu berechnen

Kleinerer Strom erlaubt womöglich ein dünneres Kabel, danach beträgt der Verlust aber nicht zwingend ein Viertel des ursprünglichen. Wählen Sie den Querschnitt, der Strombelastbarkeit, Spannungsfall, Kurzschlussfestigkeit und Verlegebedingungen erfüllt, und bewerten Sie dann mit diesem Kabel neu.

Der Spannungsfall hängt ebenfalls vom Strom sowie von Widerstand und Reaktanz der Leitung ab, höhere Spannung hilft also auch hier. Halbieren Sie den Kabelquerschnitt nie allein aus dem Spannungsverhältnis, ohne Stromkreisart, Leistungsfaktor und Leitungslänge geprüft zu haben.

Was 50 Hz gegenüber 60 Hz ändert

Die Spannung anzupassen ist nur die halbe Arbeit. Die Drehzahl eines Asynchronmotors folgt der Netzfrequenz: Die synchrone Drehzahl ist n = 60 · f / p (p: Polpaarzahl). Ein vierpoliger Motor (p = 2) hat daher bei 50 Hz 1.500 min⁻¹ und bei 60 Hz 1.800 min⁻¹ Synchrondrehzahl. Die tatsächliche Drehzahl liegt wegen des Schlupfs etwas darunter.

Ein japanischer Katalog zeigt, wie das auf einem Leistungsschild aussieht. Der Motor SF-PR von Mitsubishi Electric (400-V-Klasse, vierpolig, 5,5 kW) ist für vier Kombinationen aus Spannung und Frequenz bemessen, jede mit eigenem Strom und eigener Drehzahl:

Abbildung 8: Ein Motor, vier Bemessungsdaten (Katalogbeispiel)

Mitsubishi Electric SF-PR, 400-V-Klasse, vierpolig, 5,5 kW, laut den Online-Spezifikationen des Herstellers.

SpannungFrequenzBemessungsstromBemessungsdrehzahl
400 V50 Hz11,3 A1.465 min⁻¹
400 V60 Hz10,4 A1.760 min⁻¹
440 V60 Hz10,0 A1.765 min⁻¹
460 V60 Hz9,9 A1.770 min⁻¹

Lesen Sie Strom und Drehzahl aus der Zeile, die Ihrer Spannung und Frequenz entspricht, und mischen Sie keine Werte aus verschiedenen Zeilen. Für ein Werk in Deutschland, Österreich oder der Schweiz ist die Zeile 400 V / 50 Hz maßgeblich. Andere Typen und Hersteller weichen ab, maßgeblich ist das tatsächliche Typenschild.

Daraus folgt zweierlei. Eine direkt vom Motor angetriebene Pumpe, ein Lüfter oder ein Förderer läuft bei 60 Hz rund 20 % schneller als bei 50 Hz, was Förderleistung und Motorbelastung verändert. Fragen Sie, ob der Lieferant die Maschine für Ihre Frequenz ausgelegt und geprüft hat.

Außerdem ist ein nur für 60 Hz bemessener Motor an derselben Spannung bei 50 Hz nicht automatisch unbedenklich: Das Verhältnis von Spannung zu Frequenz steigt um rund 20 %, was den magnetischen Fluss erhöht und den Motor überhitzen kann. Auch seine Leistungsabgabe sinkt. Jede Leistungsreduzierung oder Spannungsanpassung muss vom Motorhersteller kommen.

Weitere frequenzempfindliche Teile

Motoren sind nicht die einzigen Teile, die Sie prüfen sollten. AC-Spulen von Schützen, Relais und Magnetventilen sind für bestimmte Spannungen und Frequenzen bemessen, und AC- und DC-Spulen sind nicht austauschbar. Auch AC-Lüfter im Schaltschrank und alles, was seine Zeitbasis aus der Netzfrequenz ableitet, verdienen einen Blick. Viele Teile nennen „50/60 Hz“, bestätigen Sie das jedoch Position für Position in der Stückliste und gehen Sie nicht davon aus.

Frequenzumrichter („Inverter“)

Ein Frequenzumrichter, in japanischen Unterlagen „Inverter“ genannt, verändert die Lage. Seine Ausgangsfrequenz wird über Parameter eingestellt, der Motor dahinter sieht also nicht unmittelbar Ihre Netzfrequenz. Zwei getrennte Prüfungen bleiben trotzdem nötig.

  • Eingang: Die Spannungsklasse des Umrichters (200-V-Klasse oder 400-V-Klasse) muss Ihre Versorgungsspannung abdecken. Ein Umrichter der 200-V-Klasse darf nicht an 400 V oder 480 V angeschlossen werden.
  • Ausgang zum Motor: Umrichter und Motor müssen in der Spannung zusammenpassen. Mitsubishi Electric führt aus, dass ein 400-V-Umrichter keinen 200-V-Motor antreiben soll, weil die Ausgangsspitzenspannung des Umrichters die Spannungsfestigkeit des Motors überschreiten kann, auch wenn die Ausgangsspannung niedriger eingestellt wird. Für einen 200-V-Motor gehört ein 200-V-Umrichter dazu, bei jeder anderen Kombination fragen Sie den Hersteller nach Spitzenspannung und Motorisolation.

Hat die Maschine Antriebe, listen Sie jeden mit Typ und Spannungsklasse auf und fragen Sie den Lieferanten, ob es eine Version der 400-V-Klasse für Ihren Standort gibt.

Braucht es einen Transformator?

Wenn die Maschine zur Versorgung passt, entfallen Wandlungseinrichtungen. Liegt in Ihrem Werk eine 200-V-Versorgung an und ist die Maschine ein 200-V-Modell, brauchen Sie womöglich keinen Abwärtstransformator für die Hauptversorgung. Dasselbe gilt für Kleinlasten: Ein AC-200-V-Gerät dort, wo AC 200 V in der Nähe anliegt, kann einen eigenen Transformator auf AC 100 V ersparen.

In Ihrem 400-V-Netz haben Sie dagegen meist die Wahl zwischen zwei Wegen: Sie bestellen die Maschine in einer zur Versorgung passenden Variante, oder Sie behalten die 200-V-Variante und ergänzen einen Abwärtstransformator. Ob Spartransformator oder Trenntransformator, welche Netzform (TN-S, TT, IT) vorliegt und welcher Schutz nötig ist, entscheidet Ihre Elektrofachkraft gemeinsam mit dem Lieferanten.

Abbildung 9: Die Transformator-Entscheidung auf einen Blick

Nur eine erste Einordnung. Die endgültige Entscheidung treffen Ihre Elektrofachkraft und der Maschinenlieferant.

Ihre VersorgungMaschine wie gebautWahrscheinliches ErgebnisZu klären
Deutschland, Österreich, Schweiz: 400 V, 50 HzDrehstrom 200 VAbwärtstransformator 400 V auf 200 V, oder eine Variante der 400-V-KlasseOb alle Motoren und Umrichter für 400 V, 50 Hz lieferbar sind; Bemessungsspannungsbereich der Maschine
Konzernwerk USA: 480 V, 60 HzDrehstrom 200 VAbwärtstransformator, oder Variante der 400-V-Klasse bzw. 460 VOb alle Motoren und Umrichter für 460 V, 60 Hz lieferbar sind
Konzernwerk USA: 208 V, 60 HzDrehstrom 200 VKann im Bemessungsbereich der Maschine liegenBemessungsspannungsbereich jedes Motors, Umrichters und Netzteils
Werk mit 380–415 V, 50 Hz (außerhalb Europas)Drehstrom 200 VAbwärtstransformator, oder Variante der 400-V-KlasseGemessene Netzspannung gegen Bemessungsbereich; Daten für 50 Hz
BeliebigEnthält einphasige 100-V-LastenInterner Steuertransformator, oder getrennte 100-V-VersorgungWelche Lasten an 100 V hängen und ob der interne Transformator einen Anschluss für Ihre Spannung hat
BeliebigNur 24-V-DC-SteuerungVon der Netzspannung nicht unmittelbar betroffenEingangsbemessung des 24-V-Netzteils

Ein Transformator bringt eigene Verluste, Platzbedarf, Schutzeinrichtungen und die Auslegung in kVA (einschließlich Motoranlauf) mit. Das gehört in die Designprüfung.

Auch wenn ein Transformator einfacher aussieht, ist er nicht der einzige Gesichtspunkt. Ersatzteile, eine werksweit einheitliche Steuerspannung, der Austausch im Störfall, Schutz gegen elektrischen Schlag und das Verhalten bei Netzausfall sprechen dafür, dem elektrotechnischen Standard Ihres Werks zu folgen. Beim Ersatz eines Teils vergleichen Sie Spannung, Wechsel- oder Gleichstrom, Phasenzahl, Frequenz, Leistung, zulässigen Strom, Isolation und Schutz, nicht nur die Spannung. Manche Produkte lassen sich zwischen 200 V und 400 V umschalten, Klemmenbelegung und Einsatzbedingungen legt aber die Anleitung des Produkts fest und nicht allein das Typenschild.

Die Spannungswahl klärt auch nicht alles andere. Die Überbrückung bei Netzausfall braucht eine eigene USV-Prüfung, die Signaltrennung eine eigene Prüfung des Trenners. Gibt es ein Gerät in 100-V- und 200-V-Ausführung, etwa manche Stellantriebe, vergleichen Sie neben der Hauptversorgung auch Befehlssignale, Anlaufstrom, den Bedarf an Spannungswandlung und die Ersatzteile für die Instandhaltung.

Für Maschinen aus Japan, die Sie in der EU in Betrieb nehmen, kommt die Konformität hinzu. Der Hersteller bzw. Inverkehrbringer muss die einschlägigen EU-Anforderungen (u. a. Maschinenrichtlinie, ab 20. Januar 2027 Maschinenverordnung (EU) 2023/1230, Niederspannungs- und EMV-Richtlinie) belegen. Die Spannungsfrage ändert daran nichts, sie gehört aber in dieselbe Anfrage an den Lieferanten.

Den 24-V-DC-Kreis am fernen Ende prüfen

Eine 24-V-DC-Steuerung hängt nicht von Ihrem Netz ab, hat aber eine eigene Grenze: den Spannungsfall. Wird eine japanische Maschine mit längerer Feldverdrahtung aufgestellt als im Werk des Lieferanten, kann schon ein kleiner Spannungsfall ein Gerät unter seine Mindesteingangsspannung drücken. Prüfen Sie nicht nur den Beharrungszustand, sondern auch den Strom, wenn Magnetventile und ähnliche Lasten gleichzeitig schalten. Zählen Sie die gesamte Schleife (Hin- und Rückleiter) von der Versorgung bis zum Gerät.

Angenommen seien 24 V Versorgung, 2 A Laststrom und 1 Ω Gesamtschleifenwiderstand. Die Leitung verursacht 2 V Spannungsfall, das Gerät sieht also 22 V. Prüfen Sie diesen Wert gegen die Mindesteingangsspannung im Datenblatt des Geräts.

Näherung für den Spannungsfall einer zweiadrigen Gleichstromschleife
ΔU = I · RSchl = 2 · 1 = 2 V
ULast = 24 − 2 = 22 V
ΔU: Spannungsfall in der Leitung [V]. RSchl: Gesamtwiderstand von Hin- und Rückleiter [Ω]. ULast: Spannung am Gerät [V]. Angenommen ist eine konstante Last von 2 A, Kontakt- und Klemmenwiderstände bleiben unberücksichtigt.

Abbildung 10: 24 V an der Versorgung sind nicht 24 V am Gerät

Angenommen sind 2 A durch 1 Ω Gesamtschleifenwiderstand (Hin- plus Rückleiter). Zählen Sie den Rückweg nicht doppelt.

DC-Netzteil24 V2 ASchleife gesamt 1 Ω22 V am GerätSpannungsfall 2 V (rund 8,3 % von 24 V)

Ein Netzteil mit reichlich Leistung kann das ferne Ende wegen Leitungswiderstand oder Einschaltstrom trotzdem unterversorgt lassen. Bevor Sie die Ausgangsspannung der Versorgung anheben, prüfen Sie Leitungsquerschnitt und -länge, den zulässigen Eingangsbereich jedes Geräts und ob dadurch ein Gerät in Überspannung gerät.

AC 24 V und DC 24 V sind verschiedene Versorgungen, und manche DC-Geräte sind polaritätsempfindlich. Bestätigen Sie daher Spannungsart und Polarität im Klemmenplan. Ein potentialfreier Kontakt liefert selbst keine Spannung, prüfen Sie deshalb im Klemmenplan den empfangenden Eingangskreis und eine eventuell nötige externe Versorgung. Die 200-V-Hauptversorgung der Maschine sagt nichts über ihre Signalbedingungen aus, prüfen Sie Versorgungsspezifikation und E/A-Spezifikation getrennt.

Checkliste vor Bestellung und Anschluss

  • Werksnetz: gemessene Spannung, Frequenz, Phasenzahl und Netzform (TN-S, TN-C, TT, IT) am Anschlusspunkt
  • Hauptversorgung der Maschine: Bemessungsspannung, Frequenz, Phasenzahl und Volllaststrom laut Typenschild und Schaltplan
  • Jeder Motor: aufgeführte Kombinationen aus Spannung und Frequenz sowie Strom und Drehzahl in der Zeile, die Ihrer Versorgung entspricht
  • Jeder Antrieb (Frequenzumrichter): Eingangsspannungsklasse gegenüber Ihrer Versorgung, Motorspannung gegenüber der Ausgangsklasse des Umrichters
  • Einphasige 100-V-Lasten: welche es sind und wie sie versorgt werden
  • Steuertransformator: vorhandene Primäranzapfungen und ob eine zu Ihrer Spannung passt
  • AC-Spulen, Schaltschranklüfter und frequenzempfindliche Teile: 50/60-Hz-Bemessung laut Stückliste
  • 24-V-DC-Netzteil: Eingangsbemessung, Leistung und Spannung am entferntesten Gerät
  • Prüfbedingungen: Spannung und Frequenz, bei denen der Lieferant die Werksabnahme gefahren hat
  • Transformator (falls nötig): wer ihn liefert, kVA einschließlich Motoranlauf und Schutz
  • Vorschriften vor Ort: welche Normen und Nachweise für die Installation gelten (z. B. EN 60204-1, CE-Konformität) und wer abnimmt

Fragen an den japanischen Lieferanten

  • Wurde die Maschine für 50 Hz oder 60 Hz gebaut und geprüft? Wurde sie auch bei unserer Frequenz geprüft?
  • Können Sie statt 200 V eine Variante der 400-V-Klasse (bzw. für 400 V, 50 Hz) liefern? Welche Teile ändern sich?
  • Bitte listen Sie alle Motoren und Antriebe mit Typ, Spannungsklasse und den Bemessungskombinationen aus Spannung und Frequenz auf.
  • Welche Lasten laufen an einphasig 100 V, und wie hoch ist der Gesamtstrom?
  • Hat der Steuertransformator eine Primäranzapfung für unsere Versorgungsspannung?
  • Wenn wir einen Abwärtstransformator verwenden: Welche kVA und welche Spannung empfehlen Sie, einschließlich Anlaufstrom?
  • Gibt es Teile, die nur für eine Frequenz bemessen sind (Spulen, Lüfter, Zeitgeber)?
  • Welcher Versorgungsspannungsbereich ist für die gesamte Maschine zulässig?

Anfragevorlage

Kopieren Sie den Text, füllen Sie die Klammern aus und senden Sie ihn ab. Der Text ist bewusst auf Englisch gehalten, weil japanische Lieferanten ihn so am zuverlässigsten intern weiterleiten und beantworten können. Kurze, nummerierte Fragen lassen sich leichter beantworten und übersetzen.

Subject: Supply voltage and frequency check – [machine name / PO number] Dear [name], We are preparing to install [machine name] at our plant in [country]. Our supply is [3-phase, 400 V, 50 Hz, system type ___]. The drawings show 3-phase AC 200 V. Could you please answer the following: 1. Was the machine set up and tested at 50 Hz or 60 Hz? 2. Is a version for [400 V, 50 Hz] available? If so, which parts change, and how does it affect price and delivery? 3. If we keep the 200 V version, what step-down transformer rating (kVA and voltage) do you recommend? 4. Please send a list of all motors, inverters, and AC coils with their rated voltage and frequency. 5. Which loads use single-phase 100 V, and does the control transformer have a primary tap for [___ V]? 6. Please confirm the allowed supply voltage and frequency range for the whole machine, and which EU directives and standards the machine is declared to meet. Thank you for your help. Best regards, [name, company]

Wo dieser Leitfaden endet

  • Die Spannungstabelle beruht auf veröffentlichten Nennwerten. Tatsächliche Werksspannungen, Toleranzen und Netzformen (Erdung, Stern oder Dreieck) unterscheiden sich je nach Standort und Netzbetreiber und sind hier nicht behandelt.
  • Strom- und Verlustwerte gelten für einen hypothetischen Motor mit festem Wirkungsgrad und Leistungsfaktor. Reale Motoren unterscheiden sich je nach Spannungsvariante und Hersteller.
  • Die Motordaten von Mitsubishi sind ein Katalogbeispiel. Andere Hersteller und Typen führen andere Kombinationen auf.
  • Leistungsreduzierung eines Motors bei nicht bemessener Frequenz, Transformatorauslegung, Kabelquerschnitte und Schutzeinstellungen sind Auslegungsentscheidungen Ihrer Elektrofachkraft und des Geräteherstellers.
  • Prüfung und Austausch folgen den Verfahren, die die verantwortliche Person an Ihrem Standort für Freischalten, Wiedereinschalten verhindern und Feststellen der Spannungsfreiheit festgelegt hat, sowie den geltenden Vorschriften (z. B. DGUV Vorschrift 3, DIN VDE 0105-100). Achten Sie auf getrennte Versorgungen, USV-Ausgänge und gespeicherte Energie in Stromversorgungsgeräten, und stellen Sie sicher, dass Sie jede Versorgung des Arbeitsbereichs identifiziert haben.

FAQ

Welche Spannungen nutzen japanische Werke?

Am häufigsten Drehstrom 200 V für Motoren, die 400-V-Klasse (400, 415 oder 440 V) für größere Lasten, einphasig 100 V für Beleuchtung und Kleingeräte und 24 V DC für die Steuerung. Die Frequenz beträgt 50 Hz in Ostjapan und 60 Hz in Westjapan.

Kann ich eine japanische 200-V-Maschine direkt an 400 V betreiben?

Nein, nicht direkt. Legen Sie nie eine höhere Spannung als die Bemessungsspannung an, es sei denn, die Maschine ist ausdrücklich dafür spezifiziert. Verwenden Sie einen von Ihrer Elektrofachkraft ausgelegten Abwärtstransformator oder fragen Sie den Lieferanten nach einer Variante für 400 V, 50 Hz, und bestätigen Sie Verdrahtung, Frequenz und Schutzeinstellungen anhand der Herstellerunterlagen.

Läuft ein japanischer 60-Hz-Motor an 50 Hz?

Nur, wenn er für 50 Hz bemessen ist. Viele japanische Motoren nennen beide Frequenzen mit getrennten Strom- und Drehzahlwerten. Ein nur für 60 Hz bemessener Motor läuft an 50 Hz rund 17 % langsamer, und bei gleicher Spannung steigt sein Fluss, sodass er überhitzen kann. Holen Sie vor einer Nutzung die Auskunft des Herstellers ein.

Ist 400 V in Japan „Hochspannung“?

Nein. Nach der japanischen Verordnung für elektrische Anlagen sind bis AC 600 V teiatsu (Niederspannung), 400 V ist also Niederspannung. Der Begriff sagt nicht, dass eine Berührung ungefährlich ist. Berührungsschutz und Freischalten bleiben erforderlich. Beachten Sie auch, dass die Niederspannungsgrenze nach VDE und EU-Richtlinie bei 1.000 V AC liegt, nicht bei 600 V.

Sind 24 V DC vor Stromschlag und Brand sicher?

Nicht automatisch. Niedrige Spannung hat Vorteile, macht einen Stromkreis aber nicht von selbst sicher. Ein Kurzschluss kann weiterhin einen großen Strom treiben, prüfen Sie deshalb die Schutzcharakteristik des Netzteils und den Schutz jedes Abzweigs.

Quellen

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Über die Redaktion

MONOSCOPE-RedaktionFOUNDER & EDITOR

Rund zehn Jahre bei einem Anlagenhersteller und einem Anlagenbauunternehmen in Angebot, Konstruktion und Inbetriebnahme von Anlagen tätig, danach Wechsel ins Online-Marketing. Berät heute B2B-Hersteller zu ihren Websites und hilft ihnen, Produkte und Technik verständlich zu erklären. Besitzt die japanischen staatlichen Lizenzen als Energy Manager und als Elektro-Chefingenieur der dritten Klasse.

Betreibt seit 2017 einen Technik-Blog (über 500 Artikel) und einen japanischsprachigen YouTube-Kanal mit rund 20.000 Abonnenten. Jeder Leitfaden entsteht aus der Perspektive der japanischen Werkshalle und wird mit den zitierten Normen abgeglichen.

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