Drehstrommotor

Hast du dich schon mal gefragt wie Maschinen in der Großindustrie so viel Leistung erbringen können? Genau dafür werden Drehstrommotoren genutzt!

Aber wie sieht ein Drehstrommotor aus? Wie funktioniert er? Und wie unterscheiden sich unterschiedliche Schaltungen beim Drehstrommotor?

simpleclub hilft dir schnell den Durchblick bei den Drehstrommotoren zu bekommen.

Drehstrommotor einfach erklärt

Der Drehstrommotor wird häufig in der Industrie, aber auch in anderen Bereichen eingesetzt, da er hohe Leistungen erbringen kann.
Er besteht aus den Hauptbestandteilen:

• Motorgehäuse, also die Außenhülle des Motors.
• Rotor, Teil mit beweglicher Achse der zum Elektromagnet wird.
• Welle, die unterschiedliche Systeme betreibt.
• Lüfter, der einen Luftstrom durch den Motor erzeugt.
• Stator, der aus drei Spulen besteht und an den Strom angeschlossen ist.

Der Drehstrommotor zeichnet sich durch den Anschluss an den Dreiphasenwechselstrom aus. Die drei Leitungen sind um 120° versetzt und verlaufen in einer Sinuskurve, wodurch sich auch das Magnetfeld der Spule verändert.

Durch Bestromung der Spulen entsteht das Statorfeld, das die Bewegung des Rotors auslöst. Durch den Strom werden die Sinuskurven ausgelöst und am Maximum jeder Kurve liegt das Magnetfeld der jeweiligen Spule vor. Dadurch, dass eine Versetzung von 120° vorliegt, liegt das Maximum einer jeden Leitung an unterschiedlichen Stellen vor und ein Magnetfeld ist durchgehend vorhanden.
Da der Rotor zum Elektromagnet wird, richtet sich dieser immer nach dem stärksten Magnetfeld der Spulen aus und die rotatorische Bewegung entsteht.

Je nachdem wie die Leitungen durch Brücken verbunden sind, entsteht eine Dreieck- oder Sternschaltung. Sie unterscheiden sich dahingehend, dass die Spannung an den Wicklungen bei der Dreieckschaltung genauso wie die Leiterspannung 400 V beträgt, während es sich bei der Sternschaltung aufteilt und die Spannung der Wicklungen nur 230 V beträgt.

Drehstrommotor Definition

Drehstrommotor Erklärung

Aufbau eines Drehstrommotors

Der Drehstrommotor setzt sich aus unterschiedlichen Bestandteilen zusammen. Die wichtigsten Teile sind:

• Motorgehäuse: Ist die Außenhülle des Motors. Sie sind je nach Leistung aus Aluminiumdruckguss oder Grauguss. Außen sind Kühlrippen angebracht, um durch eine erhöhte Oberfläche die Abkühlung zu erhöhen und so ein Überhitzen zu verhindern.
• Rotor: Teil in der Mitte des Motors, mit einer beweglichen Achse. Durch elektrische Spannung entsteht ein Elektromagnet, der sich nach den umliegenden Magnetfeldern des Stators ausrichtet.
• Welle: Die Welle geht durch den Motor hindurch und betreibt Systeme wie z. B. den Lüfter.
• Lager: Verbindet statische und bewegliche Teile des Motors.
• Lüfter: Wird durch die Welle betrieben und erzeugt einen Luftstrom durch den Motor zu den Kühlrippen.
• Stator: Besteht aus drei Spulen, bzw. Spulenpaaren. Sie sind jeweils durch unterschiedliche Leitungen an den Strom angeschlossen. Durch den Wechselstrom liegt eine Versetzung um 120° von einer Leitung zur nächsten vor. Durch Stromfluss auf den Leitungen entsteht das Magnetfeld der Spulen, das mit dem Rotor in Wechselwirkung tritt.

Funktionsweise eines Drehstrommotors

Der Drehstrommotor zeichnet sich durch den Dreiphasenwechselstrom aus. Das bedeutet, dass es drei Leitungen gibt, die um 120° versetzt sind. Auf jeder Leitung gibt es also ein Auf und Ab (Sinuskurve), wodurch sich auch das Magnetfeld der Spule verändert.

Das Statorfeld, welches die Bewegung des Rotors auslöst, entsteht durch Bestromung der unterschiedlichen Spulen. Es liegen immer drei unterschiedliche Spulen vor, jedoch kann es sich hier auch um Spulenpaare handeln.
Sobald Strom auf einer Leitung fließt, kommt es zu Schwingung, bei der am Maximum ebenfalls das Maximum des Magnetfelds der Spule vorliegt. Die Polarität und Intensität des Magnetfelds der Spule sind somit vom Stromfluss abhängig. Bei der positiven Halbwelle liegt der Nordpol außen und bei der negativen Halbwelle Innen.

Dadurch, dass eine Versetzung von 120° vorliegt, liegt das Maximum einer jeden Leitung an unterschiedlichen Stellen. Es liegt durchgängig ein Magnetfeld vor.
Liegt der Rotor jetzt als Elektromagnet in der Mitte der Spulen vor, so richtet sich dieser immer nach dem stärksten Magnetfeld aus. Der Südpol richtet sich so nach dem Nordpol des Drehfelds aus und umgekehrt. Da sich dieses durch den Dreiphasenwechselstrom immer ändert, entsteht eine rotatorische Bewegung.

Sternschaltung vs Dreieckschaltung

Das Klemmbrett, an dem die Leitungen des Drehstrommotors angeschlossen sind, besteht aus sechs Kontakten, also für jede Spule zwei. Die Spulen sind durch die Buchstaben U, V und W gekennzeichnet.
Je nachdem, wie die Brücken am Klemmbrett angebracht sind, ergibt sich entweder eine Stern- oder Dreieckschaltung.

Sternschaltung / Y-Schaltung

• Drei Spulen sind an einem gemeinsamen Punkt, dem sogenannten Sternpunkt miteinander verbunden.
• Enden der Spulenanschlüsse an je einen Leiter angeschlossen.
• Leiterspannung wird dadurch auf alle drei Wicklungen aufgeteilt → Isolationsbedingung ist besser
• Sternschaltung unterscheidet sich von der Dreieckschaltung dadurch, dass zwar eine Leiterspannung von 400 V vorliegt, aber eine Spannung von 230 V an den Wicklungen.
• Vorteil ist, dass nur ein geringer Anlaufstrom benötigt wird.

Dreieckschaltung

• Drei Widerstände der Leitungen liegen in einem Dreieck zueinander.
• An den Eckpunkten schließen die drei Phasen an.
• Verwendung, wenn hohe Leistung von Maschinen benötigt wird.
• Die Spannung an den Wicklungen beträgt genauso wie die Leiterspannung 400 V.
• Zur Vermeidung hoher Anlaufströme wird teilweise die Stern-Dreieckschaltung verwendet:
  • Motor wird in Sternschaltung gestartet und danach direkt zur Dreieckschaltung gewechselt
  • Ähnlich zu einem Fahrrad: Starten in einem geringen Gang, damit nicht so viel Kraft aufgewendet werden muss und danach Hochschalten.

Asynchronmotor und Synchronmotor

Drehstrommotor Anwendung

Der Drehstrommotor wird viel in der Industrie genutzt, da er hohe Leitungen erbringen kann. Beispiele für Einsatzbereiche sind z. B. bei Förderbändern und Ventilatoren.

Berechnung

Von Drehstrommotoren kann die Leistung, den Leistungsfaktor, die Spannung und die Stromstärke berechnet werden. Dazu wird die folgende Formel genutzt:

Hier mal ein Beispiel zur Berechnung der elektrischen Leistung:

Gegeben ist:

• Spannung \text {U}$\text {U}$: 400 V
• Stromstärke \text {I}$\text {I}$: 25 A
• Leistungsfaktor \cos ϕ$\cos ϕ$ : 0,86

Die Leistung dieses Drehstrommotors würde also 14,896 kW betragen.

Drehstrommotor Zusammenfassung

Der Drehstrommotor kommt zum Einsatz, da er im Vergleich zum Gleichstrommotor höhere Leistungen erbringen kann.
Die Hauptteile sind das Motorgehäuse, die Welle, der Lüfter, das Lager, der Stator und der Rotor.

Der Drehstrommotor zeichnet sich durch den Dreiphasenwechselstrom und den Verlauf dreier Sinuskurven aus, die um 120° versetzt sind.

Durch den Stromanschluss werden die Sinuskurven ausgelöst. Dadurch, dass eine Versetzung von 120° vorliegt, liegt das Maximum einer jeden Leitung an unterschiedlichen Stellen vor und ein Magnetfeld ist durchgehend vorhanden. Der elektromagnetische Rotor richtet sich nach dem stärksten Magnetfeld aus und kommt so in Bewegung.

Je nach Verbindung am Klemmbrett unterscheidet man in Dreieck- oder Sternschaltung. Sie unterscheiden sich durch die Spannung an den Wicklungen, die bei der Dreieckschaltung 400 V beträgt und bei der Sternschaltung nur 230 V. Um geringe Anlaufströme zu erreichen, aber gleichzeitig auch eine hohe allgemeine Leitung gibt es die Stern-Dreieckschaltung.

Man unterscheidet zusätzlich noch in die:

• Asynchronmotoren: Rotor bewegt sich zeitverzögert zum Statordrehfeld, das Drehfeld läuft also voraus oder nach.
• Synchronmotoren: Rotor- und Statordrehfeld sind identisch zueinander.