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Elektrische Motoren

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Der Asynchronmotor

Der Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer zählt zu den am weitesten verbreiteten Motortypen. Er ist einfach herzustellen, robust und praktisch wartungsfrei. Er kann ohne Stellgerät direkt am Drehstrom- oder Wechselstromnetz betrieben werden. Gerade dieser Umstand sorgt dafür, daß Asynchronmotoren mit Kurzschlußläufer in allen Bereichen der Industrie, des Verkehrswesens aber auch im Konsumgüterbereich so stark vertreten sind.
Als Servoantriebe werden Asynchronmotoren besonders im höheren Leistungsbereich eingesetzt.

 

Funktionsprinzip

Im Ständer des Asynchronmotors sind drei um 120° gegeneinander versetzte Wicklungen angeordnet. Der Läufer besteht aus einem genuteten Blechpaket. Durch Druckguß wird in die Nuten ein Käfig aus Aluminium eingebracht. Aus elektrischer Sicht bildet dieser Käfig ein System von kurzgeschlossenen elektrischen Leitern.

Fließt in den Wicklungen des Ständers ein sinusförmiger elektrischer Strom und besteht zwischen den Strömen eine Phasenverschiebung von 120°, bildet sich im Ständer des Motors ein rotierendes Magnetfeld heraus. Dieses Magnetfeld durchsetzt auch den Läufer. Das rotierende Magnetfeld induziert in den Leitern des Läufers eine elektrische Spannung. Da die Leiter aufgrund ihrer Ausführung als Käfig kurzgeschlossen sind, bewirkt die induzierte Spannung einen Stromfluß im Läufer.
Der Läuferstrom baut ein eigenes Magnetfeld auf, das mit dem rotierenden Magnetfeld des Ständers in Wechselwirkung tritt. Als Ergebnis wirkt auf den Läufer ein Drehmoment. Der Läufer reagiert, führt eine Drehbewegung aus und folgt der Rotation des Ständerfeldes.

Der Läufer folgt dem Ständerfeld jedoch nicht synchron sondern dreht sich mit einer geringeren Geschwindigkeit. Dies ist erforderlich, da nur unter dieser Bedingung ein Stromfluß im Läufer zustande kommt und der Läufer sein eigenes Magnetfeld aufbauen kann. Der Läufer dreht sich "asynchron" zum Ständerfeld.
Zwischen der Frequenz des Ständerfeldes und der Drehfrequenz des Läufers tritt ein Schlupf auf. Die Größe des Schlupfes ist belastungsabhängig. Im Leerlauf ist der Schlupf nur sehr gering.

 

Mechanische Drehzahl und Polpaare

Wird das dreiphasige Wicklungssystem in der oben gezeigten Animation von Strömen durchflossen, bildet sich im Motor ein Ständerfeld mit einem Nord- und einem Südpol heraus. Der Motor weist ein so genanntes Polpaar auf und hat die Polpaarzahl 1. Die Polpaarzahl ist damit eine durch die Motorkonstruktion festgelegte Größe.
Durch mehrfache Anordnung des dreiphasigen Wicklungssystems und Reihenschaltung der entsprechenden Phasen entstehen Motoren mit mehr als einem Polpaar. Im Bild ist beispielhaft eine Anordnung mit 2 Polpaaren dargestellt. Sind die Wicklungen in dieser Anordnung stromdurchflossen, entstehen über den Umfang des Ständers verteilt 2 Nord- und 2 Südpole. Der Motor hat die Polpaarzahl 2.
Polpaarzahl

Durchwandert der Strom in den Ständerwicklungen eine volle zeitliche Periode, dreht sich das Magnetfeld des Ständers um eine volle Polteilung (1 Nord- und 1 Südpol) weiter. Bei 2 Polpaaren im Ständer entspricht das einer mechanischen Drehung von 180°. Die Rotationsgeschwindigkeit des Ständerfeldes ist gegenüber der im Motor mit einem Polpaar auf die Hälfte abgesunken, obwohl sich die Frequenz des speisenden Stromes nicht geändert hat.
Die Polpaarzahl des Motors hat Einfluß auf die Drehfrequenz des Ständerfeldes und damit auf die Drehzahl bzw. Drehfrequenz des Läufers, der dem Magnetfeld asynchron folgt. Sie sinkt mit steigender Polpaarzahl. Üblich sind Motoren mit 1 bis 4 Polpaaren.


 
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