Asynchrone Elektromotoren mit gewickeltem Rotor
Derzeit machen Asynchronmotoren mindestens 80 % aller industriell hergestellten Elektromotoren aus. Dazu gehören Drehstrom-Asynchronmotoren.
Dreiphasige asynchrone Elektromotoren werden häufig in Automatisierungs- und Telemechanikgeräten, Haushalts- und Medizingeräten, Tonaufzeichnungsgeräten usw. eingesetzt.
Vorteile von Asynchron-Elektromotoren
Die weit verbreitete Verwendung von Drehstrom-Asynchronmotoren ist auf die Einfachheit ihres Aufbaus, die Zuverlässigkeit im Betrieb, die guten Betriebseigenschaften, die geringen Kosten und die einfache Wartung zurückzuführen.
Das Gerät von asynchronen Elektromotoren mit gewickeltem Rotor
Die Hauptteile eines jeden Induktionsmotors sind der stationäre Teil, der Stator, und der rotierende Teil, der Rotor genannt wird.
Der Stator eines Drehstrom-Induktionsmotors besteht aus einem lamellierten Magnetkreis, der in einen Gussrahmen eingepresst ist. Auf der Innenfläche des Magnetkreises befinden sich Kanäle zur Verlegung der Wickeldrähte. Diese Drähte sind die Seiten von weichen Spulen mit mehreren Windungen, die die drei Phasen der Statorwicklung bilden.Die geometrischen Achsen der Spulen sind im Raum um 120 Grad gegeneinander verschoben.
Die Wicklungsphasen können gemäß dem Schema angeschlossen werden Stern oder Dreieck abhängig von der Netzspannung. Wenn im Pass des Motors beispielsweise Spannungen von 220/380 V angegeben sind, dann sind bei einer Netzspannung von 380 V die Phasen über einen „Stern“ verbunden. Beträgt die Netzspannung 220 V, sind die Wicklungen im „Dreieck“ geschaltet. In beiden Fällen beträgt die Phasenspannung des Motors 220 V.
Der Rotor eines Drehstrom-Asynchronmotors ist ein Zylinder, der aus gestanzten Elektroblechblechen besteht und auf einer Welle montiert ist. Je nach Wicklungsart werden die Rotoren von Drehstrom-Asynchronmotoren in Eichhörnchen- und Phasenläufer unterteilt.
Bei asynchronen Elektromotoren höherer Leistung und Sondermaschinen kleinerer Leistung werden Phasenläufer zur Verbesserung der Anlauf- und Regeleigenschaften eingesetzt. In diesen Fällen wird eine dreiphasige Wicklung auf den Rotor gelegt, wobei die geometrischen Achsen der Phasenspulen (1) um 120 Grad zueinander räumlich versetzt sind.
Die Phasen der Wicklung sind sternförmig geschaltet und ihre Enden sind durch drei Schleifringe (3) verbunden, die auf der Welle (2) montiert und sowohl von der Welle als auch voneinander elektrisch isoliert sind. Mittels Bürsten (4), die in Gleitkontakt mit den Ringen (3) stehen, ist es möglich, Regelwiderstände (5) in die Stromkreise der Phasenwicklung einzubinden.
Ein Induktionsmotor mit Rotor hat bessere Start- und Regeleigenschaften, zeichnet sich jedoch durch größere Masse, Abmessungen und Kosten aus als ein Induktionsmotor mit Käfigläufer.
Das Funktionsprinzip von Asynchron-Elektromotoren
Das Funktionsprinzip einer Asynchronmaschine basiert auf der Nutzung eines rotierenden Magnetfeldes.Wenn eine dreiphasige Statorwicklung an das Netz angeschlossen wird, dreht sie sich Magnetfeldderen Winkelgeschwindigkeit durch die Frequenz des Netzes f und die Polpaarzahl der Wicklung p bestimmt wird, d.h. ω1 = 2πf / p
Dieses Feld kreuzt die Drähte der Stator- und Rotorwicklungen und induziert eine EMF in den Wicklungen (gemäß dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion). Wenn die Rotorwicklung geschlossen ist, induziert ihre EMK einen Strom im Rotorkreis. Durch die Wechselwirkung des Stroms mit dem resultierenden kleinen Feld entsteht ein elektromagnetisches Moment. Übersteigt dieses Moment das Widerstandsmoment der Motorwelle, beginnt sich die Welle zu drehen und setzt den Arbeitsmechanismus in Bewegung. Normalerweise ist die Winkelgeschwindigkeit des Rotors ω2 nicht gleich der Winkelgeschwindigkeit des Magnetfelds ω1, was als synchron bezeichnet wird. Daher der Name des Motors asynchron, also asynchron.
Der Betrieb einer Asynchronmaschine ist durch den Schlupf s gekennzeichnet, der die relative Differenz zwischen den Winkelgeschwindigkeiten des Feldes ω1 und des Rotors ω2 ist: s = (ω1-ω2) / ω1
Größe und Vorzeichen des Schlupfes bestimmen in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Rotors relativ zum Magnetfeld die Funktionsweise der Induktionsmaschine. Im idealen Leerlaufmodus drehen sich also der Rotor und das Magnetfeld mit der gleichen Frequenz in die gleiche Richtung, Schlupf s = 0, der Rotor steht relativ zum rotierenden Magnetfeld still, die EMF in seiner Wicklung wird nicht induziert, der Rotor Strom und elektromagnetisches Moment der Maschine sind Null. Beim Anlauf steht der Rotor zum ersten Zeitpunkt still: ω2 = 0, s = 1. Grundsätzlich ändert sich der Schlupf im Motorbetrieb von s = 1 beim Anlauf auf s = 0 im idealen Leerlaufbetrieb .
Wenn sich der Rotor mit einer Geschwindigkeit ω2 > ω1 in Drehrichtung des Magnetfeldes dreht, wird der Schlupf negativ. Die Maschine geht in den Generatorbetrieb und entwickelt das Bremsmoment. Wenn sich der Rotor entgegen der Drehrichtung des Magnetpols dreht (s>1), schaltet die Asynchronmaschine in den entgegengesetzten Modus und entwickelt ebenfalls ein Bremsmoment. Somit unterscheidet man je nach Schlupf zwischen den Modi des Motors (s = 1 ÷ 0), des Generators (s = 0 ÷ -∞) und des entgegengesetzten Modus (s = 1 ÷ + ∞). Generator- und Gegenkommutierungsmodi werden zum Stoppen von Induktionsmotoren verwendet.
Siehe auch: Starten eines Motors mit gewickeltem Rotor