Synchronmotoren und Asynchronmotoren: Funktionsweise erklärt

Grundtypen von Mehrphasen-Wechselstrommotoren

Es gibt zwei Grundtypen für den Betrieb von Mehrphasen-Wechselstrommotoren: Synchronmotoren und Asynchronmotoren.

Funktionsweise des Synchronmotors

Der Synchronmotor ist im Wesentlichen ein Drehstromgenerator, der in umgekehrter Richtung arbeitet. Die Feldmagnete sind auf einem Rotor montiert und werden mit Gleichstrom erregt. Die Ankerspulen sind in drei Teile unterteilt und werden mit Dreiphasen-Wechselstrom betrieben. Die Variation der drei Stromwellen in der Ankerrückwirkung erzeugt ein variables magnetisches Drehfeld, das den Rotor mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht, die durch die Frequenz des Wechselstroms im Netz bestimmt wird.

Die konstante Geschwindigkeit des Synchronmotors ist bei bestimmten Anwendungen von Vorteil. Er ist jedoch weniger geeignet für Anwendungen, bei denen die mechanische Belastung sehr groß ist, da der Motor bei Überlastung außer Phase zur Netzfrequenz geraten und zum Stillstand kommen kann. Synchronmotoren können auch mit einer einphasigen Stromquelle betrieben werden, indem entsprechende Schaltelemente ein rotierendes Magnetfeld erzeugen.

Der Induktionsmotor (Käfigläufer)

Die einfachste Form elektrischer Motoren ist der Induktionsmotor mit Käfigläufer, der mit einer Dreiphasen-Versorgung betrieben wird. Der Stator besteht aus drei festen Spulen und ist vergleichbar mit dem Synchronmotor. Der rotierende Teil (Rotor) besteht aus einem Kern mit einer Reihe von Leitern, die kreisförmig um die Welle angeordnet sind. Diese Bauweise ähnelt einem zylindrischen Käfig für Eichhörnchen.

Asynchronmotoren im Detail

Der wesentliche Unterschied des Asynchronmotors zu anderen Elektromotoren besteht darin, dass dem Rotor kein Strom direkt zugeführt wird. Der Strom in der Läuferwicklung wird durch die elektromotorische Kraft induziert, die durch das Drehfeld entsteht. Daher werden diese Motoren auch als Induktionsmotoren bezeichnet.

Der Name „Asynchron“ leitet sich daraus ab, dass die Drehzahl des Motors nicht exakt synchron zur Netzfrequenz verläuft. Heute machen diese Motoren etwa 80 % der industriell eingesetzten Elektromotoren aus. Durch moderne Leistungselektronik (Wechselrichter und Frequenzumrichter) hat ihre Verwendung für Anwendungen mit variabler Drehzahl in den letzten Jahren stark zugenommen. Gründe für ihre Beliebtheit sind:

• Einfache Konstruktion
• Geringes Gewicht
• Kompakte Bauweise
• Geringe Wartungskosten

Grundlegende Arten von Asynchronmotoren

• Käfigläufermotoren: Die Läuferwicklung besteht aus Kupfer- oder Aluminiumstäben, deren Enden durch zwei Ringe kurzgeschlossen sind.
• Schleifringläufermotoren: Der Rotor besteht aus einer Spule, die dem Stator ähnelt. Diese Motoren sind teurer und wartungsintensiver, bieten jedoch den Vorteil, dass die elektrischen Eigenschaften des Rotorkreises von außen beeinflussbar sind.