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Drehstrom-Asynchronmaschine


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Inhaltsverzeichnis

Die Maschine

Eine Asynchronmaschine (auch Induktionsmaschine genannt) ist ein Elektromotor der mit Drehstrom betrieben wird. Er benötigt im Gegensatz Gleichstrommaschine nicht unbedingt Schleifkontakte. Elektrisch gesehen ist Asynchronmaschine ein kurzgeschlossener Drehstrom- Transformator dessen Sekundärwicklung (der Rotor) drehbar gelagert
Durch die an die Statorwicklung angelegte wird im Inneren der Maschine ein magnetisches Drehfeld erzeugt welches in der kurzgeschlossenen Wicklung (Anker) einen Strom induziert . Dieser Strom baut selbst wiederum ein um den Rotor auf. Beide Magnetfelder wechselwirken dass letztlich ein Drehmoment erzeugt wird.

 Drehfeld im Stator | | Drehzahl Drehfeldes != Drehzahl des Rotors | V wird im Rotor induziert | | I U/R | V Strom wird im Rotor | | | V Rotorstrom wechselwirkt mit | | F proportional Istator*Brotor | V wird erzeugt  

Wie man sieht ist für die ein Rotorstrom notwendig. Dieser bleibt aber nur wenn es eine Differenzdrehzahl zwischen Statorfeld und gibt. Diese Differenzdrehzahl wird als Schlupffrequenz bezeichnet. man die Schlupffrequenz auf die Frequenz des erhält man den Schlupf . Der Schlupf ist abhängig vom elektrischen der Rotorwicklung. Da die Maschine so mit etwas anderen Drehzahl (langsamer) als das Statorfeld also asynchron dreht wird sie als Asynchronmaschine Wegen der besonderen Eigenart dass der Rotorstrom nur durch Induktion erzeugt wird (und nicht bei der Synchronmaschine durch Erregerwicklung oder Permanentmagneten) wird sie gelegentlich Induktionsmaschine (engl. induction drive) genannt.

Allerdings ist die Drehzahl/Drehmomentenkennlinie im Anlaufbereich dieses Motorprinzip sehr ungünstig. Der Motor ist in der Lage mit viel Last anzulaufen. müsste ohne Last auf etwa 90% der hochfahren ehe er ein nennenswertes Drehmoment abgeben kann.

Das führte zunächst zur Entwicklung des bei dem an extra angebrachten Rotorschleifringen ein Widerstand von außen zwischen die Ankerwicklungen geschaltet um so das maximale Drehmoment auch schon der Drehzahl 0 zu erreichen. Der Widerstand nur als Anlaufschaltung gebraucht und nach Erreichen Betriebszustandes werden die Schleifringe kurzgeschlossen.

Später wurde dann der Kurzschlussläufer entwickelt Rotor aus einem geblechten Eisenkernläufer besteht der Aluminium-Druckgussverfahren seine "Wicklung" erhält. ("Wicklung" ist hier Anführungszeichen gesetzt weil das Aluminiumgebilde eher wie Käfig aussieht wirklich täuschend ähnlich einem Hamsterlaufrad deshalb wird dieser Motor im englischen auch cage motor" genannt im deutschen zuweilen auch Auch diese Ausführung hat das Problem der und ist so nur für Einsatzfälle geeignet beim Anlauf wenig Gegenmoment überwunden werden muss so eine Art Anlaufen im Leerlauf oder Als Lösung fand sich eine ausgeklügelte Modifikation Querschnittsprofils der Ankerstäbe: Sie werden radial nach verjüngt. Beim Anlaufen des Motors treten nämlich des besonders hohen Schlupfes höherfrequente Wechselspannungen im Rotor auf die den Strom Ankerleiter durch den Skin-Effekt radial nach außen verdrängen wo der (wegen des schmaleren Leiterprofils) nun am größten So wird erreicht dass die Kennlinie sich mit der Drehzahl ändert. Diese Motoren werden genannt.

Zur Begrenzung hoher Anlaufströme kann die Stern-Dreieck-Schaltung eingesetzt werden.

Steuerung von Asynchronmaschinen

Asynchronmaschinen können
  • am starren Netz
  • am Umrichter
betrieben werden.

Betrieb am starren Netz

Am starren Netz (50 Hz / Hz) hat die Maschine abhängig von der eine fast synchrone Drehzahl n sync =f Netz *60/p.
Polpaarzahl n sync 50 Hz n sync 60 Hz
1 3000 min -1 3600 min -1
2 1500 min -1 1800 min -1
3 1000 min -1 1200 min -1
Die Drehzahl bei Belastung ist dann 100-200 min -1 niedriger.

Umrichterbetrieb

Ein Frequenzumrichter wandelt die vorhandene 3-phasige Netzspannung fester und Amplitude in eine 3-phasige Spannung mit Frequenz und Amplitude. Damit können auch Drehzahlen werden die weiter von der Netzfrequenz entfernt Einfache Steuerverfahren stellen den Strom I bzw. Quadrat der Spannung U proportional zur Frequenz

Komplizierter sind z.B. die feldorientierten Verfahren ein Moment einprägen oder wenn mit einer Last der Motor erregt wird um als zu laufen (Wirkstrombremse).

Polumschaltung

Mit der Dahlanderschaltung kann die Polzahl der Asynchronmaschine und deren Drehzahl verändert werden.

Einsatzbeispiele

Das verrückte an diesem Motorprinzip ist es - wie oben technisch verklausuliert beschrieben wirklich keinerlei elektrische Verbindung von außen zum gibt! Der Rotor ist drehbar einfach nur mechanisch gelagert und wird trotzdem sehr kräftig magnetisch!) angetrieben wenn die im Statorgehäuse fest Spulen unter Wechselspannung gesetzt sind. Als Laie man ziemlich verblüfft wenn man das in sieht.

Wegen des völligen Verzichts auf schleifende ist der Motor extrem robust und langlebig kann sehr laufruhig gebaut werden. Er eignet für ganz verschiedene Leistungsbereiche:

  • Eine typische Anwendung im Kleinleistungsbereich sind Plattenspielermotoren. Hier und bei anderen Haushaltsgeräten (Kühlschrank) wegen der im Normalhaushalt nur zweiphasigen Wechselspannungsversorgung Drehfeld sondern nur ein Wechselfeld erzeugt werden.
Mit einem extra Anlaufkondensator wird eine 90° versetzte Hilfsphase erzeugt die das Feld ausformt und den Motor anlaufen lässt ( Steinmetzschaltung ).
  • In jeder Werkstatt mit Drehstromversorgung ist schlechthin der Universalmotor für alle drehenden Antriebe.
  • Für gröbere Anwendungen gibt es Motoren vielen hundert kW z.B. bei großen Laufkatzenkränen.
  • Bei Schienenfahrzeugen inzwischen auch der Fahrmotor Wahl (also mehrere hundert kW) und hat Gleichstrommaschine verdrängt.

Der Motor findet Verwendung im Alstom LHB Coradia LIREX VT 618



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