Elektromotor

Drehstrommotor

Gleichstrommotor

Asynchronmotor

Synchronmotor

DC-Motor
mit
Permanentmagnet

DC-Motor
ohne
Permanentmagnet

Asynchronmotor
mit
Aluminiumrotor

Asynchronmotor
mit
Kupferrotor

PSM-Motor

EC-Motor

Synchron- Reluktanzmotor

schaltbarer Reluktanzmotor

Welcher Motorentyp die bessere Wahl ist, hängt vom Betriebsbereich ab, in dem der Motor überwiegend betrieben wird. Permanente Synchronmotoren (PSM) sind bei niedrigen Drehzahlen und geringem Drehmoment deutlich effizienter ist als der schaltbare Reluktanzmotor (SRM) oder die Asynchronmaschinen (ASM). Beim Schleichen und Rangieren ist der PSM vom Vorteil. Im hohen Drehzahlbereich dominieren SRM und ASM-Antriebe. Bei Betriebsweise über den gesamten Drehzahlbereich fallen die Abweichungen trotz signifikanter Unterschiede allerdings gering aus.

Elektromotor

ASM (Al)

ASM (Cu)

PSM    

SRM    

Momentendichte

+/-

+/-

++

+

Wirkungsgrad

-

+/-

++

+/-

Masse

+

+

++

+

Stand der Technik

++

++

+

+/-

Wechselrichter

+

+

+/-

-

Motorkosten

+

+/-

-

+

Systemkosten

+/-

+/-

+/-

-

Geräuschentwicklung

+

+

++

-

Asynchronmotor

Der Drehstrom-Asynchronmotor ist der am meisten eingesetzte Antriebsmotor. Die Wirkungsweise basiert auf einem sogenannten Drehfeld, das von 120° versetzten dreiphasigen Wechselstrom (=Drehstrom) gespeist wird. Das Drehfeld, dessen Wicklungen stets am Ständer des Motors angebracht sind (Stator), induziert eine Spannung im Läufer (Rotor).

Es wird zwischen Kurzschlussläufer und Schleifringläufer unterschieden. Kurzschlussläufer sind einfach im Aufbau, preisgünstig und praktisch wartungsfrei. Sie werden für Leistungen von 0,18 kW bis 710 kW gebaut. Der Stator besteht aus lamellierten Blechpaketen, in welche die Wicklung eingelassen ist. Auch der Rotor besteht aus dünnschichtigen, isolierten Eisenblechen mit Nuten, in die stirnseitig kurzgeschlossene Aluminiumstäbe eingelegt sind. Die Energieübertragung zwischen Stator und Rotor erfolgt durch magnetische Kopplung des umlaufenden Drehfeldes. Kurzschlussläufer werden als Einfachkäfigläufer, Doppelkäfigläufer und Strömverdrängungsläufer konstruiert. Letztere werden als Tiefnut- und Keilnutläufer gebaut.

Stromverdrängungsläufer besitzen bei erhöhtem Anzugsmoment einen kleineren Anzugsstrom, bei Nennlast aber einen geringeren Wirkungsgrad und schlechteren Leistungsfaktor als Rundstabläufer. Schleifringläufer besitzen anstelle eines Käfigrotors einen in Sternschaltung gewickelten Rotor, dessen Wicklungsanfänge auf Schleifringe geführt sind. Durch einen Bürstensatz werden die Schleifringe abgegriffen und mit einem Anlasserwiderstand verbunden, welcher schrittweise kurzgeschlossen wird. Am Ende des Hochlaufs werden auch die Schleifringe kurzgeschlossen, so dass der Motor wie ein gewöhnlicher Kurzschlussläufer funktioniert. Anwendung finden Schleifringläufer dort, wo grosse Lasten aus dem Stand angefahren werden (z.B. Hebeanlagen, Zentrifugen usw.).

Vorteile:

  • einfacher, günstiger Aufbau
  • wartungsarmer Motor mit langer Lebensdauer
  • hoher Wirkungsgrad im Feldschwächebereich
  • kurzzeitig stark belastbar (2x Nenndrehmoment)
  • Rotor ist spannungslos und kann auch in Flüssigkeiten, Gasen und Vakuum laufen

    Nachteile:

  • größere Bauform im Vergleich zu Synchronmotoren
  • geringerer Wirkungsgrad im Vergleich zu permanent magnetisierten Synchronmotoren
  • Rotor erwärmt sich

  • Typenschild von Asynchronmotoren

    imb34

    Motorenhersteller

    VDE 530

    Drehstrommotor

    Typ

    No.

    Leistung

    ISO-Klasse

    S-Klasse

    IP

    IEC

    Effizienzklasse

    Wirkungsgrad

    Strom

    cos phi

    Drehzahl

    Spannung

    Frequenz

    Nach der Ökodesign-Richtlinie sind seit 16. Juni 2011 bei Drehstrommotoren auf oder nahe dem Leistungsschild die Nenneffizienz sowie die Energieeffizienzklasse anzugeben.

    Auswahl eines Elektromotors

    Um einen Elektromotor richtig zu betreiben, sind eine Reihe von Bedingungen einzuhalten. Unter anderem sind dies Spannungsauswahl und Auswahl der Stromart, Netzbelastbarkeit, Anlassverfahren wie auch Wirtschaftlichkeit. Die Auswahl des Motors erfordert neben den elektrischen Anschlussdaten unbedingt die Anforderungen der angetriebenen Arbeitsmaschine zu beachten. Hierzu zählen Einflussfaktoren wie Leistungsbedarf, Drehzahl, Lastmoment, Betriebsart, Schalthäufigkeit, Anlaufart, Aufstellungsort, Betriebslage, Kraftübertragung usw.

    Anlaufarten für Asynchronmotore

  • Direktstart
  • Stern-Dreieck-Anlauf
  • Softstart
  • Drehzahlstart
  • Frequenzumrichter
  • Motorschutz für Drehstrommotore

    Um eine Beschädigung des Isoliersystems des Motors zu vermeiden, werden fast alle Motore vor zu hohen Temperaturen geschützt. Bei der Auswahl des Temperaturschutzes sind die Art des Übertemperaturschutzes, Bauweise und Leistungsaufnahme des Motors zu berücksichtigen. Der Motorschutz sollte ansprechen auf allmähliche Überlastung, lange Anlaufzeiten, verringerte oder fehlende Kühlung, erhöhte Umgebungstemperatur, häufiges Ein- und Ausschalten sowie Frequenz- und Spannungsschwankungen. Zudem sollte der Motorschutz einen Temperaturanstieg bei einem blockierten Rotor und bei Phasenausfall bemerken und den Motor durch Abschaltung schützen. Den Drehstrommotor vor Überlastung bewahren der Leistungsschalter, eine Vorsicherung mit Thermorelais oder der Thermistor,

  • Leistungsschalter
  • Vorsicherung und Thermorelais
  • Thermistor
  • drehzahlabhängige Lastmomente bei Asynchronmotoren

    Treibt ein Motor eine Arbeitsmaschine an, so wird er durch diese belastet. Dem Drehmoment des Motors wirkt das Lastmoment des Antriebs entgegen. Zum sicheren Anlauf ist ein höheres Motordrehmoment gegenüber dem Lastmoment erforderlich, d. h. der Motor benötigt ein Beschleunigungsmoment. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, ist das Lastmoment der Arbeitsmaschine in Abhängigkeit von der Motordrehzahl nach der Momentenkennlinie zu berücksichtigen. Übersteigt das Lastmoment das Drehmoment des Motors, so kann entweder ein Hochlauf nicht möglich sein, oder ein Schweranlauf im Bereich des Sattelmomentes erreicht nicht das erforderliche Drehmoment. Beides führt zur thermischen Überlastung des Elektromotor durch eine hohe Stromaufnahme. Um dem Entgegenzuwirken ist der Arbeitsbereich drehzahlbezogen nach der Momentenkennlinie auszuwählen.

    lastmomentkennlinien.jpg
  • konstantes Drehmoment
  • M proportional n
  • M proportional n2
  • M proportional 1/n
  • Stromaufnahme von Drehstrom-Motoren

    Genaue Werte nur durch Nachmessen am belasteten Motor.

    LeistungNennspannungNenndrehzahl

     Stromaufnahme:  Vorsicherung:

    Bei Motorschutzschalter mit thermischer Überstromauslösung und magnetischer Kurzschluss-Auslösung sind Vorsicherungen für einen ausreichenden Motorschutz nicht erforderlich. Ausnahme: Der prospektive Kurzschlussstrom an der Einbaustelle des Motorschutzschalters ist größer als 10 kA bei 3 x 220 V oder 6 kA bei 3 x 400 V.

    Stromaufnahme von Wechselstrom-Motoren

    Genaue Werte nur durch Nachmessen am belasteten Motor.

    LeistungNennspannungNenndrehzahl

     Stromaufnahme:  Vorsicherung:

    Bei Motorschutzschalter mit thermischer Überstromauslösung und magnetischer Kurzschluss-Auslösung sind Vorsicherungen für einen ausreichenden Motorschutz nicht erforderlich. Ausnahme: Der prospektive Kurzschlussstrom an der Einbaustelle des Motorschutzschalters ist größer als 10 kA bei 3 x 220 V oder 6 kA bei 3 x 400 V.

    Leistungsberechnung bei Drehstrommotoren

    Die auf dem Typenschild angegebene Nennleistung eines Drehstrom-Asynchronmotors, ist die abgegebene Leistung an der Welle. Dem entsprechend ist die aufgenommene Leistung höher, da Verluste im Motor selbst auftreten. Die angegebene Leistung muss durch den Wirkungsgrad geteilt werden, um die aufgenommene Leistung zu berechnen. Die aufgenommene Leistung lässt sich auch aus der Spannung, dem Strom und dem Cosinus φ errechnen. Diese Werte sind dem Typenschild zu entnehmen. Der Wirkungsgrad der Leistung bezieht sich auf die Nennlast und wird bei niedrigerer Abgabeleistung noch schlechter.

    Pzu=U*I*1.732*cos φ


       η = Pab : Pzu


    S    = U * I

    Nennspannung
    Nennstrom in A:  
    Cos φ:  
    Nennleistung (Pab) in kW:  
    Scheinleistung (S) in kVA  
    Wirkungsgrad (η) in %:
    Leistungsaufnahme (Pzu) in kW:

    Bitte achten Sie auf die Eingabe von Kommawerten. Diese erfolgt hier aufgrund Javascript mit Punkt anstatt Komma.

    Bemessungsleistungen von Drehstrom-Normmotoren

    IEC

    3000/min

    1500/min

    1000/min

    750/min

    56

    0,09 kW

    0,12 kW

    0,06 kW

    0,09 kW

     

     

    63

    0,18 kW

    0,25 kW

    0,12 kW

    0,18 kW

     

     

    71

    0,37 kW

    0,55 kW

    0,25 kW

    0,37 kW

     

     

    80

    0,75 kW

    1,1 kW

    0,55 kW

    0,75 kW

    0,37 kW

    0,55 kW

     

    90

    1,5 kW

    2,2 kW

    1,1 kW

    1,5 kW

    0,75 kW

    1,1 kW

     

    100

    3 kW

    2,2 kW

    3 kW

    1,5 kW

    0,75 kW

    1,1 kW

    112

    4 kW

    4 kW

    2,2 kW

    1,5 kW

    132S

    5,5 kW

    7,5 kW

    5,5 kW

    3 kW

    2,2 kW

    132M

     

    7,5 kW

    4 kW

    5,5 kW

    3 kW

    160M

    11 kW

    15 kW

    11 kW

    7,5 kW

    4 kW

    5,5 kW

    160L

    18,5 kW

    15 kW

    11 kW

    7,5 kW

    180M

    22 kW

    18,5 kW

     

     

    180L

     

    22 kW

    15 kW

    11 kW

    200L

    30 kW

    37 kW

    30 kW

    18,5 kW

    22 kW

    15 kW

    225S

     

    37 kW

     

    18,5 kW

    225M

    45 kW

    45 kW

    30 kW

    22 kW

    250M

    55 kW

    55 kW

    37 kW

    30 kW

    280S

    75 kW

    75 kW

    45 kW

    37 kW

    Drehzahlen der Drehstrommotoren

    Polzahl

    Drehzahl Synchron 50Hz

    Drehzahl Volllast 50Hz

    Drehzahl Synchron 60Hz

    Drehzahl Volllast 60Hz

    2

    3000 U/min

    ca. 2900 U/min

    3600 U/min

    ca. 3400 U/min

    4

    1500 U/min

    ca. 1440 U/min

    1800 U/min

    ca. 1700 U/min

    6

    1000 U/min

    ca. 960 U/min

    1200 U/min

    ca. 1150 U/min

    8

    750 U/min

    ca. 720 U/min

    900 U/min

    ca. 800 U/min

    10

    600 U/min

    ca. 580 U/min

    720 U/min

    ca. 700 U/min

    12

    500 U/min

    ca. 480 U/min

    600 U/min

    ca. 580 U/min

    16

    375 U/min

    ca. 360 U/min

    450 U/min

    ca. 430 U/min

    Betriebsarten der Drehstrommotoren nach IEC 34

    Die S-Klassen dienen der Bemessung und des Betriebsverhalten an elektrisch drehenden Maschinen. Je nach zeitlicher Folge und Dauer der Betriebszustände wird die entsprechende Betriebsart ausgewählt. Die thermische Belastung d. h. die Erwärmung des Motor wird maßgeblich von der jeweiligen Betriebsart bestimmt. Die meist angewendeten Betriebsarten sind Nennbetrieb, Dauerbetrieb, Kurzzeitbetrieb und Aussetzbetrieb. Unter Nennbetrieb versteht man den dauernden oder kurzzeitigen Betrieb mit den jeweiligen Bemessungsdaten. Beim Dauerbetrieb erfolgt die Betriebsdauer mindestens so lang bis der thermische Beharrungszustand erreicht wird. Die Abwärme wird im thermischen Gleichgewicht vollständig an die Umgebung abgegeben. Die Beharrungstemperatur darf die höchstzulässige Betriebstemperatur nach der Wärmeklasse nicht überschreiten. Im Kurzzeitbetrieb erfolgt die Strombelastungsdauer so kurz, dass der thermische Beharrungszustand nicht erreicht wird und die darauffolgende Ruhezeit genügend lang ist, um eine Abkühlung auf die Umgebungstemperatur zu erreichen. Der Aussetzbetrieb betrifft die Betriebsart, bei dem die Strombelastungsdauer so kurz ist, dass der thermische Beharrungszustand nicht erreicht wird, jedoch die nachfolgende Ruhezeit nicht genügend lang ist, um eine Abkühlung auf die Umgebungstemperatur zu erreichen.

    Kennziffer

    Bedeutung

    S1

    Dauerbetrieb

    S2

    Kurzzeitbetrieb

    S3

    Aussetzbetrieb ohne Einfluss des Anlaufvorganges

    S4

    Aussetzbetrieb mit Einfluss des Anlaufvorganges

    S5

    Aussetzbetrieb mit Einfluss des Anlaufvorganges und der elektrischen Bremsung

    S6

    Durchlaufbetrieb mit Aussetzbelastung

    S7

    Ununterbrochener Betrieb mit Anlauf und elektrischer Bremsung

    S8

    Ununterbrochener Betrieb mit periodischer Drehzahländerung

    S9

    Ununterbrochener Betrieb mit nichtperiodischer Drehzahl- und Momentenänderung

    Wärmeklassen der Drehstrommotoren nach IEC 34-1

    Die für die Isolation der Wicklungen verwendeten Isolierstoffe sind gemäss EN60034 in Wärmeklassen eingeteilt. Erwärmung und Maximaltemperatur an den heißesten Punkten der Wicklung gemäß Wärmeklassen der Norm IEC 34-1

     

    Erwärmung Delta T

    Maximaltemperatur T max.
    (bei Kühltemperatur 40°C)

    Klasse Y

    50 °C

    90 °C

    Klasse A

    60 °C

    105 °C

    Klasse E

    75 °C

    120 °C

    Klasse B

    80 °C

    130 °C

    Klasse F

    105 °C

    155 °C

    Klasse H

    125 °C

    180 °C

    IP-SCHUTZARTEN

    Berührungs-, Fremdkörper- und Wasserschutz für elektrische Betriebsmittel

    Die erste Kennziffer hinter dem Kennbuchstaben IP kennzeichnet den Schutz gegen das Eindringen von Fremdkörpern und Staub. Die zweite Kennziffer steht für den Schutz gegen das Eindringen von Wasser. Beispielsweise ist bei der Schutzart IP65 vollständiger Berührungsschutz, ein Schutz gegen Eindringen von Staub und der Schutz gegen Strahlwasser aus allen Richtungen gewährleistet. Wird eine Schutzart nicht angegeben, so schreibt man statt der Ziffer den Buchstaben X, z. B. X4.

    1. Kennziffer

    Schutzgrad

    2. Kennziffer

    Schutzgrad

    0

    Kein Schutz

    0

    Kein Schutz

    1

    Schutz gegen Eindringen von großen Fremdkörpern d>50mm. Kein Schutz bei absichtlichen Zugang

    1

    Schutz gegen tropfendes Wasser, das senkrecht fällt (Tropfwasser).

    2

    Schutz gegen mittelgroße Fremdkörper, d>12mm, Fernhalten von Fingern o. ä.

    2

    Schutz gegen schräg fallendes Wasser (Tropfwasser), 15° gegenüber normaler Betriebslage.

    3

    Schutz gegen kleine Fremdkörper, d>2,5mm, Fernhalten von Werkzeugen, Drähten u. ä.

    3

    Schutz gegen Sprühwasser, bis 60° zur Senkrechten.

    4

    Schutz gegen kornförmige Fremdkörper, d>1mm, Fernhalten von Werkzeugen, Drähten u. ä.

    4

    Schutz gegen Spritzwasser aus allen Richtungen.

    5

    Schutz gegen Staubablagerungen (staubgeschützt), vollständiger Berührungsschutz.

    5

    Schutz gegen Strahlwasser aus allen Richtungen.

    6

    Schutz gegen Eindringen von Staub (staubdicht), vollständiger Berührungsschutz.

    6

    Schutz gegen schwere See oder starken Wasserstrahl (Überflutungsschutz).

       

    7

    Schutz gegen Eintauchen in Wasser unter festgesetzten Druck- und Zeitbedingungen.

       

    8

    Schutz gegen dauerndes Untertauchen in Wasser

    Leistungsfaktor cos φ

    Der Leistungsfaktor ist der Quotient aus Wirkleistung P und Scheinleistung S. Mit dem cos phi werden die durch Blindleistung entstehenden Verluste beschrieben. Ist auf dem Typenschild des Motors nur der Wirkungsgrad angegeben, errechnet sich der Leistungsfaktor wie folgt: cos φ = P / (1.732 * η * U N * I N)
    Gute Werte für den Leistungsfaktor liegen zwischen 0,85 und 0,95.

    Betriebskondensatoren für Drehstrommotoren

    Drehstrommotore können an Wechselstrom betrieben werden, wenn die Strangspannung der Netzspannung angepasst werden kann. Wenn kein Drehstromanschluss vorhanden ist, können Drehstrommotore mit Bemessungsleistung bis etwa 2 kW mit der Steinmetzschaltung betrieben werden. Die erforderliche Kondensatorkapazität ist von der Netzspannung, Netzfrequenz und der Motorleistung abhängig. Im 50Hz-Netz ist bei 230V je kW Motorleistung eine Kapazität von 70 µF und im 400V-Netz je kW Leistung eine Kapazität von 22 µF erforderlich.

    Die nachfolgende Tabelle gibt Auskunft zur richtigen Auswahl des Kondensators.

    Kapazität

    Leistung

    Drehzahl

    Spannung

    Baugröße

    4 µF

    0,12 kW

    2800 U/min

    400 V

    63

    5 µF

    0,12 kW

    1390 U/min

    400 V

    63

    6 µF

    0,18 kW

    1390 U/min

    400 V

    63

    10 µF

    0,3 kW

    2760 U/min

    400 V

    71

    12 µF

    0,5 kW

    2790 U/min

    400 V

    71

    12 µF

    0,3 kW

    1380 U/min

    400 V

    71

    16 µF

    0,55 kW

    1380 U/min

    400 V

    80

    20 µF

    0,9 kW

    2800 U/min

    400 V

    80

    30 µF

    1,1 kW

    2740 U/min

    400 V

    90S

    30 µF

    0,9 kW

    1370 U/min

    400 V

    90S

    40 µF

    1,7 kW

    2700 U/min

    400 V

    90L

    40 µF

    1,25 kW

    1380 U/min

    400 V

    90L

    Baugrößen von Drehstrommotoren nach IEC 72

    Die Baugrößen für umlaufende elektrische Maschinen werden in DIN EN 60034-7 bzw. in der VDE 0530 Teil 7 beschrieben. Für eine Baugröße kennzeichnend ist die Baulänge und die Achshöhe. Die Bezeichnungen S (short), M (middle) oder L (large) beziehen sich auf die Länge der Motoren. Die in der Baugröße angegebenen Ziffern sind kennzeichnend für die Achshöhe. Dies ist das Maß von der Aufspannebene (bei Fußmotoren) bis zur Wellenmitte in mm. Diese sind verbindlich nach der Normreihe R20 gestuft. Die Normreihe umfasst die Baugrößen 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, usw.

    Bauformen der Drehstrommotoren

    Motore mit Fußbefestigung

    Abbildung

    Code I

    Code II

    Erklärung

    imb3

    IM B3

    IM 1001

    waagrechte Lage, 2 Lagerschilder, mit Füßen

    imb6

    IM B6

    IM 1051

    waagrechte Lage, 2 Lagerschilder, mit Füßen, Wandbefestigung

    imb7

    IM B7

    IM 1061

    waagrechte Lage, 2 Lagerschilder, mit Füßen, Wandbefestigung

    imb8

    IM B8

    IM 1071

    waagrechte Lage, 2 Lagerschilder, mit Füßen, Deckenbefestigung

    imv5

    IM V5

    IM 1011

    senkrechte Lage, 2 Lagerschilder, mit Füßen, Wandbefestigung

    imv6

    IM V6

    IM 1031

    senkrechte Lage, 2 Lagerschilder, mit Füßen, Wandbefestigung

    Motore mit Flanschbefestigung

    Abbildung

    Code I

    Code II

    Erklärung

    imb5

    IM B5

    IM 3001

    waagrechte Lage, 2 Lagerschilder, Flanschanbau

    imv1

    IM V1

    IM 3011

    senkrechte Lage, ohne Füße, 2 Lagerschilder, Flanschanbau unten

    imv3

    IM V3

    IM 3031

    senkrechte Lage, ohne Füße, 2 Lagerschilder, Flanschanbau oben

    imb14

    IM B14

    IM 3601

    waagrechte Lage, 2 Lagerschilder, ohne Füße, kein Zugang zum Flansch von der Gehäuseseite

    imv18

    IM V18

    IM 3611

    senkrechte Lage, ohne Füße, Flanschanbau unten, kein Zugang zum Flansch von der Gehäuseseite

    imv19

    IM V19

    IM 3631

    senkrechte Lage, ohne Füße, Flanschanbau oben ,kein Zugang zum Flansch von der Gehäuseseite

    Motore mit Fuß- und Flanschbefestigung

    Abbildung

    Code I

    Code II

    Erklärung

    imb34

    IM B34

    IM 2101

    waagrechte Lage, 2 Lagerschilder, Fuß und Flansch, kein Zugang zum Flansch von der Gehäuseseite.

    imb35

    IM B35

    IM 2001

    waagrechte Lage, 2 Lagerschilder, Fuß und Flansch

    Abmessungen von Drehstrom-Normmotoren

    IEC

    Höhe

    Welle

    Wellenlänge

    Nutenstein

    Lochkreis

    Innenflansch

    Außenflansch

    56

    56 mm

    9 mm

    20 mm

    3 mm

    100 mm

    80 mm

    120 mm

    63

    63 mm

    11 mm

    23 mm

    4 mm

    115 mm

    95 mm

    140 mm

    71

    71 mm

    14 mm

    30 mm

    5 mm

    130 mm

    110 mm

    160 mm

    80

    80 mm

    19 mm

    40 mm

    6 mm

    165 mm

    130 mm

    200 mm

    90

    90 mm

    24 mm

    50 mm

    8 mm

    165 mm

    130 mm

    200 mm

    100

    100 mm

    28 mm

    60 mm

    8 mm

    215 mm

    180 mm

    250 mm

    112

    112 mm

    28 mm

    60 mm

    8 mm

    215 mm

    180 mm

    250 mm

    132

    132 mm

    38 mm

    80 mm

    10 mm

    265 mm

    230 mm

    300 mm

    160

    160 mm

    42 mm

    110 mm

    12 mm

    300 mm

    250 mm

    350 mm

    180

    180 mm

    48 mm

    110 mm

    14 mm

    300 mm

    250 mm

    350 mm

    Effizienzklassen der Drehstrommotoren nach IEC 60034-30:2008

    Ab den 16.Juni 2011 dürfen in Europa nur noch hocheffiziente Normmotore der Klasse IE2 des Leistungsbereich 0,75 kW bis 375 kW in Verkehr gebracht werden. Ab 2015 müssen leistungsstarke Motore ab 7,5 kW die Energieeffizienzklasse IE3 erfüllen oder bei IE2 über variable Motorsteuerung geregelt werden. Ab dem Jahr 2017 sind die Anforderungen nach IE3 dann für alle Normmotore ab 0,75 kW zu erfüllen oder sie werden bei IE2 mit variabler Motorsteuerung geregelt. Ein Umrüsten kann bereits vor den Stichtagen sinnvoll sein. Bei normaler Auslastung amortisiert sich der Einsatz von Motoren der höchsten Effizienzklasse meist nach 2 bis 3 Jahren.

    Effizienzklasse

    veraltete Klassen

    Motortyp

    Klasse IE1

    EFF2

    Standard

    Klasse IE2

    EFF1

    High Efficiency

    Klasse IE3

    NEMA Premium

    Premium Efficiency

    Klasse IE4

     

    Super Efficiency

    Wirkungsgradtabelle bei Drehstrommotoren

    kW

    IE1 50Hz

    IE2 50Hz

    IE3 50Hz

    kW

    IE1 60Hz

    IE2 60Hz

    IE3 60Hz

    2

    4

    6

    2

    4

    6

    2

    4

    6

    2

    4

    6

    2

    4

    6

    2

    4

    6

    0,75

    72,1

    72,1

    70,0

    77,4

    79,6

    75,9

    80,7

    82,5

    78,9

    0,75

    77,0

    78,0

    73,0

    75,5

    82,5

    80,0

    77,0

    85,5

    82,5

    1,1

    75,0

    75,0

    72,9

    79,6

    81,4

    78,1

    82,7

    84,1

    81,0

    1,1

    78,5

    79,0

    75,0

    82,5

    84,0

    85,0

    84,0

    86,5

    87,5

    1,5

    77,2

    77,2

    75,2

    81,3

    82,8

    79,8

    84,2

    85,3

    82,5

    1,5

    81,0

    81,5

    77,0

    84,0

    84,0

    86,5

    85,5

    86,5

    88,5

    2,2

    79,7

    79,7

    77,7

    83,2

    84,3

    81,8

    85,9

    86,7

    84,3

    2,2

    81,5

    83,0

    78,5

    85,5

    87,5

    87,5

    86,5

    89,5

    89,5

    3,0

    81,5

    81,5

    79,7

    84,6

    85,5

    83,3

    87,1

    87,7

    85,6

    3,7

    84,5

    85,0

    83,5

    87,5

    87,5

    87,5

    88,5

    89,5

    89,5

    4,0

    83,1

    83,1

    81,4

    85,8

    86,6

    84,6

    88,1

    88,6

    86,8

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    5,5

    84,7

    84,7

    83,1

    87,0

    87,7

    86,0

    89,2

    89,6

    88,0

    5,5

    86,0

    87,0

    85,0

    88,5

    89,5

    89,5

    89,5

    91,7

    91,0

    7,5

    86,0

    86,0

    84,7

    88,1

    88,7

    87,2

    90,1

    90,4

    89,1

    7,5

    87,5

    87,5

    86,0

    89,5

    89,5

    89,5

    90,2

    91,7

    91,0

    11

    87,6

    87,6

    86,4

    89,4

    89,8

    88,7

    91,2

    91,4

    90,3

    11

    87,5

    88,5

    89,0

    90,2

    91,0

    90,2

    91,0

    92,4

    91,7

    15

    88,7

    88,7

    87,7

    90,3

    90,6

    89,7

    91,9

    92,1

    91,2

    15

    88,5

    88,5

    89,5

    90,2

    91,0

    90,2

    91,0

    93,0

    91,7

    18,5

    89,3

    89,3

    88,6

    90,9

    91,2

    90,4

    92,4

    92,6

    91,7

    18,5

    89,5

    90,5

    90,2

    91,0

    92,4

    91,7

    91,7

    93,6

    93,0

    22

    89,9

    89,9

    89,2

    91,3

    91,6

    90,9

    92,7

    93,0

    92,2

    22

    89,5

    91,0

    91,0

    91,0

    92,4

    91,7

    91,7

    93,6

    93,0

    30

    90,7

    90,7

    90,2

    92,0

    92,3

    91,7

    93,3

    93,6

    92,9

    30

    90,2

    91,7

    91,7

    91,7

    93,0

    93,0

    92,4

    94,1

    94,1

    37

    91,2

    91,2

    90,8

    92,5

    92,7

    92,2

    93,7

    93,9

    93,3

    37

    91,5

    92,4

    91,7

    92,4

    93,0

    93,0

    93,0

    94,5

    94,1

    45

    91,7

    91,7

    91,4

    92,9

    93,1

    92,7

    94,0

    94,2

    93,7

    45

    91,7

    93,0

    91,7

    93,0

    93,6

    93,6

    93,6

    95,0

    94,5

    55

    92,1

    92,1

    91,9

    93,2

    93,5

    93,1

    94,3

    94,6

    94,1

    55

    92,4

    93,0

    92,1

    93,0

    93,6

    93,6

    93,6

    95,0

    94,5

    75

    92,7

    92,7

    92,6

    93,8

    94,0

    93,7

    94,7

    95,0

    94,6

    75

    93,0

    93,2

    93,0

    93,6

    94,5

    94,1

    94,1

    95,4

    95,0

    90

    93,0

    93,0

    92,9

    94,1

    94,2

    94,0

    95,0

    95,2

    94,9

    90

    93,0

    93,2

    93,0

    94,5

    94,5

    94,1

    95,0

    95,4

    95,0

    110

    93,3

    93,3

    93,3

    94,3

    94,5

    94,3

    95,2

    95,4

    95,1

    110

    93,0

    93,5

    94,1

    94,5

    95,0

    95,0

    95,0

    95,8

    95,8

    132

    93,5

    93,5

    93,5

    94,6

    94,7

    94,6

    95,4

    95,6

    95,4

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    160

    93,8

    93,8

    93,8

    94,8

    94,9

    94,8

    95,6

    95,8

    95,6

    150

    94,1

    94,5

    94,1

    95,0

    95,0

    95,0

    95,4

    96,2

    95,8

    >180

    94,0

    94,0

    94,0

    95,0

    95,1

    95,0

    95,8

    96,0

    95,8

    >185

    94,1

    94,5

    94,1

    95,4

    95,4

    95,0

    95,8

    96,2

    95,8

    Direktstart

    Einfachster und kostengünstigster Motorstarter für Antriebe an starken Netzen, die hohe Anlaufströme zulassen und wo die Anwendung ein hohes Anlaufmoment verträgt. Beim Direktstart werden die Statorwicklungen direkt mit dem elektrischen Netz verbunden. Da hier sofort die volle Netzspannung anliegt, treten besonders hohe Anlaufströme (4- bis 8facher Nennstrom) auf, die störende Spannungsänderungen des Stromnetzes bewirken können. Um Rückwirkungen zu vermeiden, werden Leistungen ab 5 kW und der Spannungsangabe 400/690V über einen Stern-Dreieck-Anlauf, Softstarter oder Frequenzumformer hochgefahren. In öffentlichen Niederspannungsnetzen sind die Bestimmungen der Elektroversorgungsunternehmen (EVU) über den Direktanlauf ab Leistungen von 5,5 kW zu beachten. Sofern ein Direktstart nicht zulässig ist, muss der Motor mit verringerter Spannung gestartet werden.
    Zum Schalten besteht die Möglichkeit des handbetätigten Ein- und Ausschaltens direkt am Motorschutzschalter.

    Stern-Dreieck-Schaltung

    Mit einer Stern-Dreieck-Schaltung werden grössere Kurzschlussläufer-Motoren (ab 5kW) wegen des hohen Anzugsstroms bei direkter Einschaltung in Betrieb genommen. Hierzu wird ein in Dreieck-Schaltung arbeitender Motor während des Anlaufs vorübergehend in Sternschaltung betrieben. Hierdurch verringert sich der Anzugsstrom und das Anzugsmoment auf etwa 1/3 des Wertes als bei direkter Inbetriebnahme in Dreieck-Schaltung. Die Stern-Dreieck-Umschaltung kann bei Motoren angewendet werden, deren Ständerwicklung bei der verfügbaren Netzspannung die Dreieck-Schaltung zulässt. Das Umschalten auf Dreieck-Schaltung darf erst dann erfolgen, wenn der Motor bei Stern-Schaltung seine volle Drehzahl erreicht hat. Bei zu früher Umschaltung entsteht ein starker Stromstoß und der Zweck der Umschaltung wird nicht erreicht. Wegen der Verringerung des Anzugsmoment auf 1/3, kann die Stern-Dreieck-Umschaltung zu leichten Anlaufbedingungen, z.B. beim Anlaufen von leerlaufenden Werkzeugmaschinen erfolgen. Sie wird von den EVU bis 11kW (zum Teil auch höher) allgemein zugelassen. Im Stern-Dreieck-Anlauf beträgt der Anlaufstrom max. den zweifachen Motorbemessungsstrom bei einer Anlaufzeit von max. 15 Sekunden (bei Direktanlauf der 6fache Strom bei Anlaufzeit von max. 5 s). Das Motorschutzrelais ist im Strang auf den 0,6fachen Motorbemessungsstrom einzustellen.

    Softstart

    Beim Softstart wir die Spannung in den Motorwicklungen nach dem Dimmerprinzip stufenlos elektronisch verändert. Der Softstarter ermöglicht einen kontinuierlichen und stoßfreien Drehmomentanstieg und kann somit den Anlaufstrom reduzieren. Im Gegensatz zur Stern-Dreieck-Schaltung, bietet der Softstarter beim Hochlauf den Vorteil einer stufenlosen Spannungsanpassung, so dass der bei Stern-Dreieck übliche Umschaltstoß in Strom und Drehmoment entfällt. Diese Anpassung der Spannung geschieht über eine Phasenanschnittsteuerung. Die Motorerwärmung beim Anlaufvorgang ist geringer als bei Direkt- oder Stern-Dreieck-Start.

    Drehzahlstart

    Der Drehzahlstarter vereint zum Teil die Vorteile eines Motorstarter mit denen des Frequenzumrichter. Dieser lässt sich handhaben wie ein Motorstarter, bietet jedoch zugleich die Möglichkeit einer variablen Drehzahlregelung. Es ist eine kosteneffiziente und zuverlässige Lösung um die Drehzahl variabel vorzugeben. Das Konzept beinhaltet die Fähigkeit eine generatorische Rückspeisung seitens des Motors zu erkennen und daraufhin die Rampe anzupassen.

    Frequenzumrichter

    Der Frequenzumrichter (FU) ist ein elektronischer Frequenzwandler von Wechselstrom in einen Wechselstrom mit anderer Frequenz oder Phasenzahl. Der Umrichter bietet die teuerste, aber auch die beste Lösung zum kontinuierlichen und stufenlosen Anlauf von Drehstrom-Asynchronmotoren. Die Vorteile des FU sind die stufenlose Anpassung der Drehzahl, die höhere Konstanz der Drehzahl bei Lastschwankungen sowie die Möglichkeit des direkten Drehrichtungswechsel. Außerdem ermöglicht der integrierte Motorschutz für einen sicheren Betrieb keine zusätzlichen Schutzmaßnahmen.

    Vorsicherung und Thermorelais

    Für den Motorschutz gibt es unterschiedliche Varianten. Der sicherungsbehaftete Schutz besteht aus Vorsicherung, Schütz und Überlastrelais. Thermoschalter sind kleine Bimetallschalter, die für viele Auslösetemperaturen lieferbar sind. Thermoschalter sind relativ unempfindlich und daher nicht geeignet rechtzeitig eine Motorblockade zu bemerken.

    Leistungsschalter

    Der sicherungslose Motorschutz besteht aus Leistungsschalter und Schütz. Der Leistungsschalter wird zum Schutz vor thermischer Zerstörung der Wicklungen auf den Motornennstrom eingestellt. Außerdem besteht die Möglichkeit des handbetätigten Ein- und Ausschaltens am Motorschutzschalter. Bei Kurzschluss löst der Leistungsschalter unverzögert aus.

    Thermistor

    Thermistoren sind temperaturabhängige Halbleiter, die die Motorwicklungen vor Überbeanspruchung infolge zu hoher Wicklungstemperaturen schützen. Für jede Phase der Wicklung wird ein Thermistor in Reihe geschaltet und an ein Thermistorrelais angeschlossen. Steigt der Widerstandswert des Thermistor schnell an, löst das Thermistorrelais zum Schutz des Motors aus. Thermistoren werden vor allem bei Motoren eingesetzt, die an Servomodulen und Frequenzumrichter angeschlossen sind, um den Motor vor einer Überlastung oder unzureichender Kühlung durch den Motorlüfter zu bewahren.

    Lastkurve bei Asynchronmotor mit konstantem Lastmoment

    lastkennlinie_m_konst.jpg

    Bei konstantem Drehmoment M ist die Leistung P proportional von der Drehzahl n abhängig.

         P = M · 2 π · n oder P = M · ω

    Bei Betrieb mit konstantem Drehmoment lässt sich bei diesen Antrieben durch eine Reduzierung der Drehzahl n die Leistung P proportional verkleinern. Eine Halbierung der Drehzahl verringert die Leistung um die Hälfte. Einsatzarten für Motore mit konstanten Lastmomenten sind u. a. Förderbänder, Hebezeuge, Aufzüge, Winden, Vorschubantriebe, Kolbenpumpen und Verdichter bei konstantem Druck.

    Lastkurve bei proportional steigenden Drehmoment zur Drehzahländerung

    lastkennlinie_mn2.jpg

    Das Drehmoment steigt proportional zur Drehzahl

         P ungefähr n

    Bei einer Reduzierung der Drehzahl n geht die Leistung P quadratisch dazu zurück. Bei einer Halbierung der Drehzahl n beträgt die Leistung P nur noch ein Viertel. Zu den Beispielen hierzu zählen Wirbelstrombremsen, Motorgeneratoren, Extruder, Kalandern, Papiermaschinen, Walzen mit geschwindigkeitsabhängiger Viskose.

    Lastkurve bei quadratisch steigenden Drehmoment bei proportionaler Drehzahländerung

    lastkennlinie_mn3.jpg

    Bei quadratisch ansteigendem Drehmoment M steigt die Leistung P mit der dritten Potenz der Drehzahl n

         P ungefähr n3

    Weil das Drehmoment M mit steigender Drehzahl n quadratisch ansteigt, ist die Leistung P in der dritten Potenz von der Drehzahl abhängig. Eine Halbierung der Drehzahl erfordert nur noch einen Achtel der Leistung.

    Dieser Zusammenhang ist äußerst wichtig bei Pumpen- und Ventilatorantrieben in der Fluidtechnik sowie in der Heizungs- und Lüftungstechnik. Eine Verdoppelung der Drehzahl verdoppelt das Volumen, vervierfacht die Förderhöhe und verachtfacht die Leistung. Anstatt die Fördermenge mit einem Stauschieber oder einer Drosselklappe zu reduzieren, sollte man unter Beachtung der Energieeffizienz die Drehzahl des Antriebsmotors regeln.

    Als Beispiele hierfür gelten Kreiselpumpen, Lüfter und Ventilatoren, Propeller, Schiffsschrauben, Rührwerke, Zentrifugen, Fahrantriebe.

    Lastkurve mit Drehmoment, das umgekehrt proportional zur Drehzahl sinkt

    lastkennlinie_mn-1.jpg

    Nimmt das Drehmoment M umgekehrt proportional zur Drehzahl n ab, so bleibt die Leistung P konstant.

         P ungefähr konstant

    Beispiele für Antriebe mit fallender Lastkennlinie sind Haspeln, Wickelmaschinen, aber auch Plandrehmaschinen, wo Schnittkraft und Schnittgeschwindigkeit für ein optimales Ergebnis konstante, vom Werkstoff abhängige Werte haben sollen.

    Synchronmotor

    Der Drehstrom-Synchronmotor basiert wie der Asynchronmotor auf einem sogenannten Drehfeld, das von 120° versetzten dreiphasigen Wechselstrom gespeist wird. Wo synchrone Drehzahlen gefordert sind, gelangen ein- und mehrphasige Synchronmotoren zum Einsatz, die nach unterschiedlichen Prinzipien konstruiert werden. Wie beim Asynchronmotor lassen sich auch beim Synchronmotor unterschiedliche Drehzahlen durch unterschiedliche Polpaarzahlen realisieren. Jedoch muss die Polzahl des Läufers derjenigen der Statorwicklung entsprechen. Infolge der Massenträgheit benötigen Synchronmotore zum Anlauf besondere Anlasshilfen.

    Die Wirkungsweise beruht auf ein magnetisches Drehfeld, das durch einen vom Netz gelieferten Drehstrom erzeugt wird. Die Pole des Drehfeldes wirken auf die Pole des Läufers. Das vorbeieilende Drehfeld erzeugt Kräfte im Drehsinn des Drehfeldes und kurz darauf entgegengesetzt dazu. Wenn sich der Läufer so schnell dreht wie das Drehfeld, wird er synchron vom Drehfeld mitgezogen und läuft dann mit der Drehzahl des Drehfeldes weiter. Baut man in einem Ständer mit Drehstromwicklung einen aus Permamentmagneten aufgebauten Rotor ein, so bildet sich nach erfolgtem Anlauf eine schlupflose Läuferbewegung aus.

    Bei zunehmender Momentabgabe entsteht ein sogenannter Lastwinkel, d. h. das Polrad eilt dem Drehfeld winkelverschoben hinterher, ohne jedoch aus dem drehfeldsynchronen Lauf zu fallen. Bei einem Lastwinkel von 90° tritt das Kippmoment auf und der Motor bleibt stehen und läuft auch nach Entlastung nicht mehr von selbst hoch. Synchronmotore sind gegen Spannungsabsenkungen weniger empfindlich als Asynchronmotore und besitzen ein Kippmoment das meist doppelt so groß ist wie das Nennmoment.

    Bei Untererregung nehmen Synchronmotoren induktive Blindleistung auf, bei Übererregung generieren sie Blindleistung ins Netz zurück. Sie werden deshalb auch als Phasenschiebermaschinen zur Blindstromkompensation eingesetzt.


    Vorteile:

  • starre Kopplung der Drehzahl und der Winkellage an die Betriebsfrequenz
  • kleinere Bauform im Vergleich zu Asynchronmotoren
  • hohes Drehmoment beginnend vom Stillstand an

    Nachteile:

  • schwierigerer Selbstanlauf am Drehstromnetz
  • unerwünschte mechanische Drehschwingungen des Läufers

  • Permanent-Synchronmotor / PSM-Motor

    Der Permanentmagnet-Synchronmotor – auch permanenterregter Synchronmotor oder geregelte Synchronmaschine genannt – ist eine Mischung aus einem Wechselstrom-Induktionsmotor und einem bürstenlosen Gleichstrommotor. Wie ein bürstenloser Gleichstrommotor besitzt er einen Permanentmagnetrotor und Spulen auf dem Stator. Der Permanentmagnet-Synchronmotor (PSM) ermöglicht dank Dauermagneten höchste Ausnutzungen und Wirkungsgrade, insbesondere im Teillastbereich. Gegenüber anderen Drehstrommotoren ist dieser Motortyp leichter, kompakter und besitzt ein geringeres Trägheitsmoment.

    Der Statoraufbau mit Spulen soll eine sinusförmige Flussdichte im Luftspalt der Maschine erzeugen, die der eines Induktionsmotors ähnelt. Die Leistungsdichte eines Permanentmagnet-Synchronmotors ist höher als die eines Induktionsmotors mit der gleichen Stromstärke, da zur Erzeugung des Magnetfeldes kein Statorstrom verwendet wird.

    Die guten Leistungsfaktoren von PSM haben einen markant reduzierten Strombedarf zur Folge und erlauben es, den Umrichter auf minimale Grösse auszulegen. Generell lassen sich mit Permanentmagneten durch den guten Wirkungsgrad äusserst schlanke Maschinen realisieren. Die Rotoren bleiben wesentlich kühler als bei Asynchronmaschinen, weil die Rotorverluste deutlich geringer sind. Darüber hinaus sind hochpolige Maschinen extrem dynamisch und überlastbar.

    Eine Sonderform unter den PSM-Motoren sind Torque-Motore (TC-Motore), die üblicherweise als reine Direktantriebe konzipiert werden. Torque-Motore (Torque, engl. = Drehmoment) sind hochpolige Langsamläufer, die in erster Linie für ein hohes Drehmoment ausgelegt werden. Dieses wird insbesondere durch die Verwendung zahlreicher Hochleistungsmagneten erreicht.


    Vorteile:

  • sehr gute Dynamik
  • schlanke, kompakte Bauform
  • geringere Verlustleistung im Rotor, da Magnetfeld nicht elektrisch erzeugt werden muss
  • kleinerer Umrichter dank guter Leistungsfaktoren erforderlich

    Nachteile:

  • Synchronmotoren mit Permanentmagnet sind wegen Seltene Erden teuer
  • Umrichter für Ansteuerung erforderlich

  • EC-Motor / BLDC-Motor

    EC-Motore (electronically commutated Motor) auch bürstenlose Gleichstrommotore, BLDC-Motor (BrushLess Direct Current-Motor) genannt sind aufgrund ihrer Bauweise verschleißarm, wartungsfrei und robust. EC-Motore haben eine hohe Dynamik und können einen Wirkungsgrad bis über 90 % erreichen. Sie haben eine hohe Überlastfähigkeit und besitzen eine hohe Leistungsdichte.

    EC-Motore benötigen eine elektronische Kommutierung (Stromwender) und verfügen über einen integrierten Controller zur Motorsteuerung. Das Funktionsprinzip ist ähnlich einer Drehstrom-Synchronmaschine mit der Erregung durch Permanentmotore.

    Über eine im Motor integrierte Schaltung wir die Drehstromwicklung so angesteuert, dass sie ein drehendes magnetisches Feld erzeugt, das den Läufer mitzieht. Für die Kommutierung gibt es zwei unterschiedliche Steuerverfahren. Sensorgesteuerte Systeme arbeiten mit drei Hallsonden in den Motoren, die auf einer Printplatte angebracht sind. Die Sensorik meldet die aktuelle Rotorposition an die Steuerelektronik. Hierbei tasten die Hallsensoren das Magnetfeld des Steuermagneten auf der Welle ab. Anhand dieser Signale weiß die Elektronik, welche Ausgangstreiber gerade angesteuert werden müssen. Vorteilhaft ist die sensorgesteuerte Kommutierung für die Regelung bei niedrigen Drehzahlen und aus dem Stillstand heraus.

    Da die Hallsonden mit ihrer Verdrahtung einen nicht unerheblichen Mehraufwand bei Bau des Motor darstellen und zudem zu weiteren Fehlerquellen führen können, versuchte man eine Weiterschaltung der Ausgangstreiber aus den aktuell gemessenen Strömen und Spannungen abzuleiten. Dies führte zum sensorlosen System, welche auf einfache Art betrieben werden kann. Der Nachteil der sensorlosen Kommutierung ist, dass die Last bei hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl aus dem Tritt fallen kann, da die Elektronik nicht mehr zuverlässig den aktuellen Zustand des Motors erfasst. Dank der Mikroelektronik können sensorlose EC-Motore einfache Lasten sehr gut steuern. Als Anwendung finden sich sensorlose Systeme bei Lüfter und Pumpenmotoren.


    Vorteile:

  • hoher Wirkungsgrad im niedrigen Leistungsbereich
  • geringer Stromverbrauch
  • integrierte Überwachungsfunktion (Motortemperatur, blockiertes Laufrad u.v.m.)
  • kompakte Bauweise
  • für sehr hohe Drehzahlen geeignet

    Nachteile:

  • höherer Preis gegenüber Gleichstrommotore
  • zusätzliche Kommutierungselektronik erforderlich

  • Synchron-Reluktanzmotor

    Der Synchron-Reluktanzmotor entspricht physikalisch einer permanentmagneterregten Synchronmaschine, jedoch ohne Permanentmagnete. Der Reluktanzmotor bestimmt die Rotorlage ohne einen Lagegeber, indem er die inneren elektrischen Werte der Wicklungen auswertet. Deshalb ist er so einfach aufgebaut wie ein normaler Asynchronmotor mit Käfigläufer. Der Stator hat den gleichen Aufbau wie ein handelsüblicher vierpoliger Asynchronmotor.

    Der Rotor ist zur Vermeidung von Wirbelströmen als Blechpaket aus Elektroblechen ausgeführt. Die Blechschnittgeometrie erzeugt dank ihrer Form so genannte Flussleit- und Flusssperrabschnitte. Wegen dieser Eigenschaften richtet sich der Rotor im Magnetfeld aus, d.h. in der magnetischen Vorzugsrichtung des Blechpakets tritt ein geringer Widerstand auf und der magnetische Fluss wird im Eisen gut geführt. Rechtwinkelig dazu behindert der mit Luft gefüllte Sperrschnitt den Magnetfluss. Die in den Ständernuten verteilte Wicklung erzeugt unter Strom ein im Luftspalt des Motors umlaufendes Drehfeld.

    És treten kaum Verluste auf, weil der Rotor keine Kurzschluss- oder Erregerwicklung benötigt. Die im Vergleich zu klassischen Motoren deutlich geringere Wärmeentwicklung kommt sowohl den Lagern als auch der Wicklungsisolation zugute.

    Da der Rotor nur Eisen und Luft enthält, ist zur Magnetisierung vergleichsweise hoher Ständerstrom notwendig. Das erhöht aber nicht den Netzstrom, da dieser durch den Zwischenkreis des Frequenzumrichters ausgeglichen wird. Der Leistungsfaktor liegt am Umrichter etwa bei eins, weswegen der Wechselrichter für einen höheren Bemessungsstrom ausgelegt werden muss.

    Nachteilig im Vergleich zur Asynchronmaschine ist die fehlende Netzanlauffähigkeit ohne Einsatz eines Frequenzumrichters. Durch Speisung über einen Frequenzumrichter lässt sich die Drehzahl von Null bis zur Betriebsdrehzahl regeln und während des Betriebs verstellen. Beim Einschalten des Umrichters synchronisiert sich der Läufer und fällt „in Tritt“ mit dem umlaufenden Drehfeld. Über eine geeignete Rotorlageregelung im Umrichter wird sichergestellt, dass der Rotor nicht beim Lastwechsel „außer Tritt“ fällt.


    Vorteile:

  • kostengünstige Herstellung des Motors (benötigt keine seltenen Erden)
  • einfacher und robuster Aufbau (keine Rotorwicklungen oder Magnete)
  • besserer Wirkungsgrad als herkömmliche Asynchronmotoren
  • hoher Wirkungsgrad am Nennpunkt und im Teillastbereich
  • geringere Erwärmung im Läufer und bei den Lagern
  • sehr gut geeignet für rauhe Umgebungen

    Nachteile:

  • geringe Kraftdichte und geringer Wirkungsgrad bei kleinen Motoren
  • fehlende Netzanlauffähigkeit ohne Frequenzumrichter

  • SRM-Motor / schaltbarer Reluktanzmotor

    Schaltbare Reluktanzmotoren haben eine unterschiedliche Anzahl ausgeprägter Zähne an Rotor und Stator. Die Statorzähne sind mit Spulen bewickelt, die abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden. Der Rotor besteht aus magnetischem Stahl. Die Zähne mit den bestromten Wicklungen ziehen jeweils die nächstgelegenen Zähne des Rotors wie ein Elektromagnet an und werden abgeschaltet, wenn die Zähne des Rotors den sie anziehenden Statorzähnen gegenüberstehen. In dieser Position wird die nächste Phase auf anderen Statorzähnen eingeschaltet, die andere Rotorzähne anzieht.

    Um die Rotorlageposition zu bestimmen wird die Maschine in der Regel mit einem Rotorlagegeber versehen, welche dem Controller die Motorposition mitteilt und die Bestromung des jeweiligen Zahns veranlasst. Es gibt aber auch geberlose Steuerverfahren, die die Motorsteuerung anhand des Statorstroms oder über das Drehmoment regeln. Diese Reluktanzmotoren zeichnen sich durch einen geringen Bauaufwand aus und erreichen eine hohe Robustheit, jedoch erreicht diese Bauart eine schlechtere Regelqualität.

    Geschaltete Reluktanzmotoren wandeln Reluktanzdrehmomente in mechanische Energie um. Die Energie wird in den Windungen des Stators anstelle des Rotors erzeugt. Wenn an den Statorwindungen Strom anliegt, erzeugt die magnetische Reluktanz des Rotors eine Kraft, die versucht, den Rotor mit den unter Strom stehenden Windungen auszurichten.


    Vorteile:

  • hohes Drehmoment über einen großen Drehzahlbereich
  • bessere Drehmomentdichte bei niedrigen Drehzahlen gegenüber Asynchronmaschinen
  • Drehmoment-Überlastung über mehrere Minuten möglich
  • kleiner als AC-Motoren durch gutes Leistungs- zu Gewichtverhältnis
  • verlustarmer Lauf beim Parallelhybrid, da ohne permanenterregten Rotor

    Nachteile:

  • hoher Blindleistungsbedarf
  • teurere Steuerungselektronik bei geschalteten Reluktanzmotoren
  • stärkere Vibrationen
  • akustisches Rauschen und pulsierende, radiale Kräfte



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