Bei größerem Leistungsbedarf, z.B. in der Industrie, bei der Produktion oder in elektrischen Maschinen, werden Elektromotoren nicht mit Wechselspannung, sondern mit Dreiphasen-Wechselstrom oder auch „Drehstrom“ betrieben.
In solchen Fällen kommt der Drehstrommotor, auch Asynchronmotor genannt, zum Einsatz.
Von Rotor bis Lager - der Aufbau eines Drehstrommotors
Um zu verstehen, wie ein Drehstrommotor funktioniert, ist es hilfreich, den Aufbau des Motors und seiner verschiedenen Komponenten zu verstehen.
Rotor
Der bewegliche Teil ist der Rotor, dieser wird auch Anker oder Läufer genannt. Für den Rotor eines Asynchronmotors gibt es zwei verschiedene Ausführungsformen. Eine Bauform ist der Kurzschluss- bzw. Käfigläufer. Die Leiterstäbe haben einen geringen Widerstand und sind an den Enden ringförmig miteinander kurzgeschlossen. Meistens werden die Nuten in dem Ständerblechpaket mit Aluminium oder Kupfer als Leiterstäbe ausgegossen.
Eine andere mögliche Ausführung des Rotors ist die des Schleifringläufers. Die Läuferwicklung ist nicht kurzgeschlossen, sondern wird über Schleifringe nach außen geführt. Außen können dann über Stufenschalter Widerstände zugeschaltet werden, die die Drehzahl und das Drehmoment beeinflussen.
Stator
Bei einem Drehstrommotor besteht der Stator aus drei oder mehr Spulen, die jeweils von einer Phase der Leiterspannung durchströmt werden. Drehstrom bedeutet, dass die Phasen der drei Spulen um 120 Grad gegeneinander versetzt sind. Da die Statorspulen eines Drehstrom-Asynchronmotors ebenfalls um 120 Grad versetzt und im Kreis angeordnet sind, wird ein Magnetfeld erzeugt, das mit der Frequenz der angelegten Spannung die Achse des Rotors umläuft. Der Rotor und der Stator sind die beiden Hauptkomponenten der dreiphasigen Motorstruktur.
Motorgehäuse
Je nach Leistung kann das Motorgehäuse aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Aluminiumguss wird für Motoren mit kleiner und mittlerer Leistung verwendet, während Grauguss für leistungsstärkere Motoren verwendet wird. Häufig werden Radiatoren in das Gehäuse integriert, was die Oberfläche des Gehäuses vergrößert. Daher kann die Wärme des Dreiphasenmotors effizienter abgeführt werden.
Lagerschilde
Die Lagerschilde sind die A- und B-seitigen Abdeckungen des Motorgehäuses. Die Seiten A und B des Motorgehäuses stehen senkrecht zur Rotorachse. Sie schützen den Motor und das Maschineninnere vor Berührung und sind für die Fixierung der Rotorwelle zuständig. Die Endkappen sind sehr präzise in das Gehäuse eingearbeitet, um einen gleichmäßigen Luftspalt zwischen Stator und Rotor zu gewährleisten.
Welle
Der Rotorkern ist auf einer Stahlwelle montiert. Die Welle geht durch die Endkappen. Auf der A-Seite führt die Abtriebswelle durch die Endkappe. Auf der B-Seite treibt die Welle weitere Systeme wie zum Beispiel einen Lüfter an oder es kann hier auch eine mechanische Bremsen angebracht werden.
Lüfter
Die Welle treibt den Lüfter auf der Nichtantriebsseite an. Sie leitet den durch die Drehbewegung entstehenden Luftstrom durch die Haube zurück zu den Kühlrippen des Motorgehäuses.
Lager
Die in den Lagerschilden verbauten Lager haben anschließend die Aufgabe, die rotierenden und feststehenden Teile des Drehstrommotorgehäuses zu verbinden.
Die Funktionsweise des Drehstrommotors
Drehstrommotoren arbeiten mit sogenanntem Drehstrom, auch Starkstrom genannt. Genau genommen besteht diese Art von elektrischer Energie aus drei getrennten Wechselspannungen, die zu unterschiedlichen Zeiten auf drei getrennten Leitungen ausgesendet werden. Diese drei Wechselspannungen werden an drei verschiedene Spulen angelegt, die entweder in Dreieckschaltung oder Sternschaltung betrieben werden. Durch den zeitlichen Versatz der sinusförmigen Schwingungen der Wechselspannung werden in den drei Spulen des Motors drei Magnetfelder erzeugt, die ebenfalls zeitlich zu- und abfallen. Es entsteht also quasi ein magnetisches Drehfeld innerhalb des Motors. Im Zentrum dieser drei Spulen befindet sich der Rotor, der aus magnetischem Material besteht. Das rotierende Magnetfeld dreht den Rotor entsprechend dem Takt der drei magnetischen Wechselfelder. Da der Rotor dem Drehfeld des Stators nachläuft beträgt die liegt die Drehzahl eines 1 poligen Motors bei einer Netzfrequenz von typischerweise 50 Hz unterhalb von 3000 Umdrehungen, diese Differenz wird als Schlupf bezeichnet.
Was passiert bei falschem Anschluss?
Der Motor kann leicht beschädigt werden, wenn er nicht richtig angeschlossen ist. Wenn beispielsweise die Spannung in der Wicklung den maximal zulässigen Wert überschreitet, kann die Isolierung beschädigt werden.
Leistungsfähig und Wartungsarm
Der Hauptvorteil dieses Motortyps ist die sehr hohe Energieeffizienz von bis zu 80 %, die deutlich über der von Gleichstrommotoren liegt. Außerdem gelten Drehstrommotoren als leistungsstark, robust und wartungsarm. Wegen ihrer robusten Bauart sind sie äußerst vielfältig in Maschinen einsetzbar.
Drehstrommotoren für den Industrie- und Gewerbebereich
Die Anwendungsgebiete von Drehstrommotoren sind sehr groß. Aufgrund ihrer robusten Bauweise können sie in den unterschiedlichsten Maschinen eingesetzt werden. Sie werden in Präzisionsmaschinen und vielen industriellen Anwendungen wie Werkzeugen, Pumpen, Lüftern, Förderbändern und auch in Eisenbahnantrieben angewendet. Auch die Verwendung bei der Herstellung von Maschinen in Fabriken ist eine sehr häufige Verwendung dieser Motoren.
FAQs - Häufig gestellte Fragen
Ist ein Drehstrommotor ein Wechselstrommotor?
Ein Wechselstrommotor ist ein Elektromotor, der mit Wechselstrom betrieben wird. Je nach Art des Wechselstromes spricht man auch von einem Drehstrommotor, einer Drehstrommaschine oder einer Wechselstrommaschine.
Welche Arten von Drehstrommotoren gibt es?
Kurzschlussläufer, Schleifringläufer, Drehfeldmagnet
Ist Drehstrom gleich Starkstrom?
Drehstrom ist gleichbedeutend mit Starkstrom.
Wann wird Drehstrom benötigt?
Drehstrom wird hauptsächlich für den überregionalen Transport von Energie in Stromnetzen sowie bei leistungsintensiven Geräten wie Herden oder Elektroautos verwendet.