Wechselstrommotoren (Grundlagen)

Wir befassen uns mit drei Maschinentypen:

  1. Universalmotor
  2. Spaltpolmtor
  3. Kondensatormotor

Universalmaschine oder Einphasen-Reihenschlussmotor

Aufbau

  1. Ständerblechpaket mit Nuten für die Erregerwicklung
  2. Läufer wie Gleichstrommaschine

Wirkungsweise

Die Anker- und die Erregerwicklung werden bei Wechselstrom gleichzeitig umgepolt. Dadurch bleibt die Drehrichtung erhalten.

Schaltung

Betriebsarten

  1. Wechselstrombetrieb: Die Erregerwicklung besitzt Drosselwirkungder Wicklungswiderstand XL ist groß. Man braucht daher wenige Windungen (Anschluss an den Wicklungsanzapfungen)
  2. Gleichstrombetrieb: Der Strom muss begrenzt werden. Man braucht mehr Windungen.

Eigenschaften

  1. RS-Verhalten
  2. Drehzahlen bis 30 000 Touren
  3. starke Abnützung der Kohlen
  4. Funkenbildung

Induktionsmaschinen

Wirkungsweise

Induktionsprinzip

Ein Statordrehfeld induziert im Kurzschlussläufer eine ULäufer. Der Läuferstrom erzeugt seinerseits ein Rotorfeld, das dem Drehfeld nacheilt. Dadurch läuft die Maschine zum Drehfeld asynchron.

Drehfeldbildung

allgem.: phasenverschobene Wechselströme, die durch räumlich versetzte Spulen fließen, erzeugen ein

Drehfeld
3~ 1~
3 x 120° el. verschobene IL 2 x 90° el. verschobene IStr
3 x 120° räumlich versetzte Spulen 2 x 90° räumlich versetzte Spulen
durch Drehstrom in Drehstromwicklung entsteht ein Drehfeld durch Wechselstrom in Haupt- und Hilfsstrang entsteht ein elyptisches Drehfeld

Bei der Einphasenasynchronmaschine wird die 90 grädige Phasenverschiebung durch

  1. Kondensator in Reihe zum Hilfsstrang (kapazitiver Strom)
  2. oder Erhöhung des Wirkwiderstandes im Hilfsstrang
erreicht.

Bauart

Der Rotor ist immer ein Kurzschluss- oder Käfigläufer. Die Bauarten lassen sich also nach der Art der Drehfeldbildung (ΦD) unterscheiden.

Spaltpolmotor

Aufbau

Interessant ist der Stator. Er besteht aus einem Blechpacket mit zwei ausgeprägten Magnetpolen. Dazwischen dreht sich ein bereits bekannter Kurzschlussläufer. Die Pole sind durch einen Spalt in zwei Teile getrennt. Der Nebenpol wird mit einem Kurzschlussring versehen.

Wirkungsweise

Der Magnetische Hauptfluss ΦH wird in der Hauptwicklung erzeugt und schließt sich über die Hauptpole.

Die Kurzschlussringe (Sekundärwicklung) in den Spaltpolen erzeugen einen zeitlichinduzierte Spannungen sind im 90°
zum Strom phasenverschoben
und räumlichquer zum Hauptfluss liegt versetzten Fluss.

Dadurch entsteht ein Drehfeld.

Der Spaltpolmotor besitzt einen schlechten Wirkungsgrad η = 0,6
ein Teil der Leistung wird im Kurzschlussring bewußt verheizt
und ein relativ kleines Drehmoment.

Verwendung

Hauptsächlich als Lüfterantrieb oder für kleine Pumpen bis ca. 300W.

Kondensatormotor

Blechschnitt eines Kondensatormotors

Aufbau

Der Läufer ist meistens ein Kurzschluss- und selten ein Schleifringläufer. Der Stator ist entweder der einer normalen Drehstrommaschine oder ein spezielles Blechpacket mit unterschiedlichem Nutenquerschnitt für den Haupt- und den Hilfsstrang.

Wicklung

  1. 2/3 Hauptstrang (U1 - U2)
  2. 1/3 Hilfsstrang (Z1 - Z2)
    (siehe Wicklungsschemata)

Wirkungsweise

Der Haupt- und Hilfsstrang sind parallelgeschaltet. Der Hilfsstrang wird durch den Kondensator überkompensiert.

So entsteht zwischen den im Hauptstrang fließt I1
im Hilfsstrang fließt I2)
Strömen
eine Phasenverschiebung.

(siehe Drehfeldbildung)

Kirchoffsche Regel beim Kondensatormotor

Die geometrische Summe der Strangströme ergibt den Motornennstrom. (idealerweise mit leichter induktiver Phasenverschiebung, die sich bei Belastung aufhebt;)

Der Betriebskondensator kann durch folgende Überlegung gefunden werden:

Die Blindleistung des Kondensators soll 30% höher als die Motorleistung gewählt werden:

Blindleistung des Kondensators

Motor mit Widerstandshilfswicklung

Der Hilfsstrang besitzt eine hohe Windungszahl und ist mit deutlich dünnerem Draht gewickelt. So ist der Wirkwiderstand des Hilfsstranges viel höher als sein Blindwiderstand. Das führt zu einer beinahe 90-grädigen Phasenverschiebung der Strangströme.

Motor mit Bifilarwicklung

Der Blindwiderstand des Hilfsstranges kann auch durch gegensinnig gewickelte Spulen verkleinert werden.