Elektromotoren: Aufbau, Funktion und Steuerung

Elektromotoren: Aufbau und Komponenten

Komponenten eines Elektromotors

Ein Elektromotor besteht hauptsächlich aus zwei Teilen: dem Rotor und dem Stator.

Rotor

Der Rotor ist der rotierende Teil, der innerhalb des magnetischen Kreises des Stators untergebracht ist.

Stator

Der Stator ist der feste Bestandteil. Er besteht aus einem Blechpaket, das geschlitzt ist, um die Wicklungen aufzunehmen.

Externe Komponenten

Zu den externen Komponenten eines Elektromotors gehören:

• Der Klemmenkasten
• Der Achskörper
• Der Lüfter
• Die Befestigungsbasis

Motortypen

Einphasenmotor

Ein Einphasenmotor ist mit zwei Wicklungen ausgestattet: einer Betriebswicklung und einer Anlaufwicklung. Er verfügt über zwei Klemmen für den Phasenleiter und zwei für den Neutralleiter. Er hat nur eine einzige Drehrichtung. Die Anlaufwicklung ist in Reihe mit einem externen Kondensator oder einem internen Fliehkraftschalter geschaltet.

Drehstrom-Käfigläufermotor

Dieser Motortyp ist mit drei Wicklungen ausgestattet, eine für jede Phase. Jede Wicklung hat zwei Klemmen (Anfang und Ende): U1, U2, V1, V2, W1, W2. Drehstrommotoren haben einen Klemmenkasten mit sechs Klemmen. Typische Spannungen sind 230 V im Dreieck (Δ) und 400 V im Stern (Y).

Motorbetrieb und spezielle Fälle

Direktanlauf von Drehstrommotoren

Motoren kleiner Leistung (weniger als 0,75 kW) können direkt über einen dreipoligen Schalter oder Leistungsschalter gestartet werden.

Phasenausfall

Bei einem Phasenausfall tritt ein Überstrom auf, der die Motorwicklungen gefährdet. Wenn der Motor stoppt, summt er und startet nicht. Wenn er weiterläuft, kann er durchbrennen.

Drehrichtungsumkehr

Die Drehrichtung eines Drehstrommotors wird durch das Vertauschen von zwei Phasen der Stromzufuhr geändert.

Anlauf von Induktionsmotoren

Die Anlaufzeit ist sehr kritisch. Das Anlaufdrehmoment muss das von der Maschine benötigte Drehmoment überwinden, um die Nenndrehzahl zu erreichen. Die Motoren zeigen eine normale Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie.

Anlaufmethoden für Induktionsmotoren

Stern-Dreieck-Anlauf

Der Stern-Dreieck-Anlauf ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden, um Überströme beim Anlauf zu vermeiden. Der Motor wird in zwei Schritten gestartet:

1. Erster Schritt (Stern): Der Motor wird in Sternschaltung an das Netz angeschlossen. Dabei verbraucht er dreimal weniger Strom als im Normalbetrieb.
2. Zweiter Schritt (Dreieck): Sobald die Maschine ihre Drehzahl erreicht hat, wird auf Dreieckschaltung umgeschaltet, was den normalen Betrieb darstellt.

Induktionsmotor mit Schleifringläufer

Dieser Motortyp ist für Anwendungen erforderlich, die ein hohes Anlaufdrehmoment benötigen. Die Schleifringe des Motors sind mit 6 Bürsten und 3 zusätzlichen Klemmen ausgestattet. Er ist so konzipiert, dass er Schaltanlagen und Leitungen nicht gefährdet.

Anlauf mit Rotorwiderstand

Motoren mit Schleifringläufer sind so konzipiert, dass externe Widerstände in den Läuferkreis geschaltet werden können. Beim Anlauf mit kurzgeschlossener Läuferwicklung ist der Stromverbrauch sehr hoch. Um den Anlaufstrom zu reduzieren und das Anlaufdrehmoment zu erhöhen, werden Widerstände in den Läuferkreis geschaltet, die während des Anlaufs schrittweise kurzgeschlossen werden. Der Motor hat neun Klemmen: sechs für die Statorwicklungen und drei für die Läuferwicklungen.

Sanftanlauf von Asynchronmotoren

Dies sind Geräte der Leistungselektronik, die Asynchronmotoren einen allmählichen Anlauf ermöglichen und Stromspitzen beim Anlauf begrenzen. Sie verfügen über einen Leistungs- und einen Steuerteil.

Bremsen von Induktionsmotoren

In der Industrie ist es oft gewünscht, die Drehbewegung des Motors schnell zu stoppen, indem die Stromzufuhr unterbrochen wird. Gründe dafür sind:

1. Gleichstromeinspeisung (DC-Injektionsbremsung)

Wenn eine kleine Gleichspannung temporär an die Statorwicklungen des Motors angelegt wird, erzeugt dies ein festes Magnetfeld, das den Rotor blockieren und abbremsen kann.

2. Elektromechanisches Bremssystem

Ein elektromechanisches System stoppt die Motorwelle durch Reibung auf der Welle.

3. Gegenstrombremsung

Der Motor wird mit zwei invertierten Phasen gespeist, wodurch ein dem normalen Betrieb entgegengesetztes Drehmoment erzeugt wird. Wenn der Motor über den Schütz KM1 im Normalbetrieb läuft und abgeschaltet wird, trennt er sich von der Stromversorgung und schaltet automatisch auf den Schütz KM2 um. In dieser Situation wird der Motor über verschiedene Widerstände mit Strom versorgt, was ein sofortiges Bremsen bewirkt.

Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren

Die Drehzahl (N) eines Wechselstrommotors wird durch die Formel N = (60 * f) / p bestimmt, wobei 'f' die Frequenz und 'p' die Polpaarzahl ist. Dies bedeutet, dass die Drehzahl durch Änderung der Polpaarzahl oder der Frequenz variiert werden kann.

Polumschaltung

Wenn eine Maschine verschiedene Drehzahlen haben soll, ist die Wicklung so ausgelegt, dass der Klemmenkasten eine Drehzahlumschaltung ermöglicht. Diese Art von Motoren kann zwei Klemmenkästen haben, einen für jede Wicklung. Es gibt zwei Hauptmethoden:

1. Motor mit zwei getrennten Wicklungen
2. Motor mit umschaltbaren Wicklungen (Dahlander-Motor)