Induktionsmotor mit Spaltpolen: Wie eine einfache Schattierung der Pole Ihre Anwendung antreibt

Haben Sie sich jemals gefragt, was den kleinen Ventilator auf Ihrem Schreibtisch zum Drehen bringt? Oder wie ein einfacher Motor in einer Spielzeugeisenbahn funktioniert? Die Antwort ist oft ein cleveres kleines Gerät. Man nennt es einen Spaltpol-Induktionsmotor.

Dieser Artikel ist für Sie. Er hilft Ihnen zu verstehen, wie alltägliche Dinge funktionieren. Wir werden den Spaltpol-Induktionsmotor in einfachen Teilen erklären. Du lernst seinen einfachen Aufbau kennen. Sie werden erfahren, wie der "Schatten" auf den Polen den Motor zum Drehen bringt. Sie werden auch erfahren, für welche Art von Anwendung er verwendet wird. Nach der Lektüre werden Sie die großartige Idee hinter diesem kleinen, aber wichtigen Motor erkennen.

Was ist ein Spaltpol-Induktionsmotor wirklich?

Ein Spaltpol-Induktionsmotor ist ein sehr einfacher Typ eines Einphasen-Induktionsmotors. Andere Motoren benötigen spezielle Teile, um in Gang zu kommen, aber dieser nicht. Er kann ganz von selbst anlaufen. Das macht ihn zu einem selbststartenden Motor. Deshalb ist er perfekt für kleine Dinge, die nicht viel Geld kosten. Das Geheimnis, wie er anspringt, ist etwas Besonderes an seinen Polen.

Der Name verrät schon viel über ihn. Es ist ein "Induktionsmotor". Das bedeutet, dass er ein Magnetfeld nutzt, um den Rotor zum Drehen zu bringen. Der Rotor ist der Teil, der sich dreht. Es gibt keinen direkten elektrischen Draht, der sie verbindet. Der wichtigste Teil ist der "Spaltpol". Jeder Pol des Motors ist von einem kleinen Teil abgedeckt. Diese Abdeckung, oder "Schatten", ist ein Kupferring. Diese einfache Abdeckung sorgt dafür, dass die ganze Sache funktioniert. Der Spaltpol-Induktionsmotor zeigt eine sehr intelligente und einfache Art, Dinge zu bauen.

Dieser Motortyp wird wegen dieses speziellen Teils an den Polen als Spaltpol-Induktionsmotor bezeichnet. Der Schatten ist kein echter Schatten des Lichts. Es handelt sich um eine elektrische Art von Schatten. Er bewirkt, dass sich das Magnetfeld in diesem Teil des Pols verzögert. Diese Verzögerung ist der Schlüssel, um den Motor in Bewegung zu setzen. Wir werden uns genauer ansehen, wie diese einfache Abschattung der Pole eine Drehkraft erzeugt. Der Spaltpol-Induktionsmotor ist sehr interessant.

Warum ist der Aufbau eines Spaltpolmotors so einfach?

Die Bauweise eines Spaltpol-Induktionsmotors ist eine seiner besten Eigenschaften. Seine Konstruktion besteht aus sehr wenigen Teilen. Das macht ihn billig in der Herstellung. Außerdem funktioniert er sehr lange. Die wichtigsten Teile sind der Stator und der Rotor. Die einfache Bauweise ist der Grund, warum er in so vielen kleinen Maschinen eingesetzt wird.

Der Stator ist der Teil des Motors, der sich nicht bewegt. Der Stator des Spaltpolmotors besteht aus dünnen, zusammengepressten Eisenblechen. Dies ist der Kern. Der Kern hat Pole, die herausragen. Diese werden als Schenkelpole bezeichnet. Eine Hauptspule aus Draht ist um diese Pole gewickelt. Dies ist die Wicklung. Wenn Sie diese Spule an eine Wechselstromquelle anschließen, erzeugt sie einen magnetischen Fluss, der sich verändert. Der wichtigste Teil des Stators ist die "Blende". Ein Schlitz ist quer über einen Teil der Pole geschnitten. In diesen Schlitz wird ein Kupferring, auch Abschattungsspule genannt, eingesetzt. Dieser Ring sorgt für die Abschattung des Pols.

Der Rotor ist der Teil, der sich dreht. Bei einem Spaltpolmotor ist der Rotor in der Regel ein Kurzschlusskäfig. Das bedeutet, dass es sich um einen Zylinder aus Eisenblech handelt, der von Kupfer- oder Aluminiumstäben durchzogen ist. Diese Stäbe sind an beiden Enden durch Ringe verbunden. Der Rotor hat keine Wicklungen oder Bürsten. Er ist ein sehr einfaches und starkes Teil. Der Rotor dreht sich aufgrund der Art und Weise, wie das Magnetfeld der Pole mit dem Strom arbeitet, der in den Rotorstäben erzeugt wird.

Was verstehen wir unter dem "Schatten" an den Polen?

Wenn wir von "Schatten" auf den Masten sprechen, meinen wir nicht den Schatten der Sonne. Der "Schatten" ist ein kleiner, einzelner Ring aus Kupferdraht. Es kann auch ein massiver Kupferring sein. Dieser Ring wird um einen kleinen Teil der Pole des Motors gewickelt. Dieser Teil des Pols wird als schattierter Teil bezeichnet. Der andere Teil des Pols ist der nicht beschattete Teil.

Dieser Schirm ist eine Spule aus Draht, die mit sich selbst verbunden ist. Wenn sich der magnetische Fluss der Hauptspule ändert, wird aufgrund der Funktionsweise von Elektrizität und Magneten ein elektrischer Strom in der Kupferblende erzeugt. Dieser neue Strom erzeugt seinen eigenen magnetischen Fluss. Dieser neue Fluss drückt gegen die Veränderung des Hauptflusses. Durch das Vorhandensein der Abschattungsspule entsteht ein zweites Magnetfeld. Dieses zweite Feld ist nicht mit dem ersten identisch.

Man kann es sich so vorstellen. Die Hauptwicklung erzeugt ein Magnetfeld über den gesamten Pol. Aber der Schirm stößt in seinem eigenen kleinen Bereich auf dieses Feld zurück. Dieser "Schub" ist nicht immer gleich groß. Er bewirkt, dass der magnetische Fluss im abgeschirmten Teil später einsetzt als im nicht abgeschirmten Teil. Der Schatten bewirkt also eine zeitliche Verzögerung des Magnetfeldes auf einer Seite des Pols. Diese kleine Verzögerung ist das Wichtigste. Die Abschattung ist das, was den Motor zum Laufen bringt. Die Abschattung der Pole ist das Startwerkzeug des Motors.

Wie verschiebt sich das Flussmittel über die Pole, um den Motor zu starten?

Der besondere Trick des Spaltpol-Induktionsmotors besteht darin, dass er mit nur einer einzigen Wechselstromphase ein bewegliches Magnetfeld erzeugt. Die Abschattung der Pole ist der Schlüssel. Er bewirkt, dass sich der magnetische Fluss von einer Seite des Pols zur anderen "bewegt". Dieser bewegte Fluss wirkt wie ein schwaches rotierendes Magnetfeld.

So funktioniert der bewegliche Fluss zum Starten des Motors. Wenn der Wechselstrom in der Hauptwicklung ansteigt, wird auch der magnetische Fluss in den Polen stärker. Diese Änderung induziert einen Strom in der Abschattungsspule. Der Strom in der Abschattungsspule erzeugt einen weiteren Fluss, der gegen den Hauptfluss drückt. Das bedeutet, dass der magnetische Fluss in dem nicht beschatteten Teil des Pols stärker ist. Im schattierten Teil des Pols ist er schwächer.

Wenn der Hauptfluss seinen höchsten Punkt erreicht hat, hört er für einen Moment auf, sich zu verändern. Zu diesem Zeitpunkt tut die Schattierungsspule sehr wenig. Der Fluss breitet sich über alle Pole aus. Dann, wenn der Hauptfluss schwächer zu werden beginnt, erzeugt die Schattenspule wieder einen Strom, um dieser Veränderung entgegenzuwirken. Sie versucht, das Flussmittel stark zu halten. Dadurch wird der Fluss im schattierten Teil des Pols stärker. Das Endergebnis ist, dass sich das Zentrum des Magnetfelds bewegt. Es bewegt sich vom unbeschatteten Teil zum beschatteten Teil des Pols. Diese Bewegung findet bei jedem Zyklus der Wechselstromversorgung wieder und wieder statt. Dadurch wird eine schwache Drehkraft auf den Rotor ausgeübt, und diese Kraft bringt ihn zum Drehen.

Was ist die vollständige Funktion dieser Masten?

Schauen wir uns den vollständigen Betrieb eines Spaltpolmotors während eines Zyklus der Wechselstromversorgung an. Die Art und Weise, wie sich der magnetische Fluss über die Pole bewegt, sorgt für die Kraft, mit der sich der Rotor dreht.

• Schritt 1: Der Strom steigt: Der Wechselstrom in der Hauptspule wird immer stärker. Der magnetische Fluss der Pole nimmt zu. Die Abschattungsspule, die den Schatten bildet, erzeugt einen Fluss, der zurückgedrückt wird. Dadurch wird der Hauptfluss auf den unbeschatteten Teil des Pols gedrückt. Das Magnetfeld ist auf dem unbeschatteten Teil am stärksten.
• Schritt 2: Der Strom ist am stärksten: Der Wechselstrom ist jetzt an seinem stärksten Punkt. Für eine sehr kurze Zeit ändern sich der Strom und der Fluss nicht. In der Schattenspule wird kein Strom erzeugt. Der magnetische Fluss breitet sich über die gesamte Fläche des Pols aus.
• Schritt 3: Der Strom nimmt ab: Der Wechselstrom wird schwächer. Der Hauptfluss von den Polen beginnt sich abzuschwächen. Jetzt induziert die Schattenspule einen Strom. Dieser Strom versucht, die Änderung des Flusses zu verhindern. Dadurch wird der magnetische Fluss in den schattierten Teil des Pols gedrängt.

Dieser Zyklus wiederholt sich immer wieder. Bei einer 60-Hz-Stromversorgung geschieht dies 60 Mal pro Sekunde. Das Magnetfeld bewegt sich immer über die Fläche des Pols. Es bewegt sich von der unbeschatteten Seite zur beschatteten Seite. Dieses sich bewegende Feld zieht die Stäbe des Käfigläufers mit sich. Durch diese Zugwirkung wird der Rotor in Drehung versetzt. Auf diese Weise kann der Motor anlaufen und weiterlaufen.

Warum ist das Anlaufmoment eines Spaltpol-Induktionsmotors so gering?

Eines der wichtigsten Dinge, die man über einen Spaltpol-Induktionsmotor wissen muss, ist, dass er ein sehr niedriges Anlaufmoment hat. Das Anlaufmoment ist die Drehkraft, die ein Motor beim ersten Anlaufen hat. Diese Schwäche ist auf die Bauweise des Motors zurückzuführen.

Das rotierende Magnetfeld, das durch den Schatten an den Polen erzeugt wird, ist kein echtes, glattes Drehfeld. Es handelt sich eher um einen wackelnden oder sich bewegenden Fluss. Die Zeitdifferenz bzw. der Winkel zwischen dem Fluss im abgeschatteten Teil und dem nicht abgeschatteten Teil der Pole ist klein. Da dieses Feld schwach und nicht glatt ist, ist auch die Kraft, die es beim Start auf den Rotor ausübt, sehr schwach.

Das bedeutet, dass ein Spaltpol-Induktionsmotor nicht anlaufen kann, wenn er an eine schwere Arbeit angeschlossen wird. Er ist nur für Aufgaben geeignet, bei denen die Arbeit zu Beginn sehr leicht ist. Ein kleiner Ventilatorflügel oder eine kleine Wasserpumpe sind gute Beispiele dafür. Je schneller der Motor anläuft, desto stärker wird die Drehkraft durch die Hauptwirkung des Einphasen-Asynchronmotors erzeugt. Aber der erste Schub ist immer weich. Das niedrige Anlaufdrehmoment ist ein großer Nachteil, den man für seine einfache Konstruktion in Kauf nimmt.

Was ist eine übliche Anwendung für einen Spaltpolmotor mit geringer Leistung?

Der Spaltpol-Induktionsmotor ist in vielen kleinen Dingen des täglichen Gebrauchs zu finden. Er ist eine beliebte Wahl für alle Anwendungen, die eine geringe Leistung und keinen starken Start benötigen. Der Grund dafür ist, dass er wenig Geld kostet, einfach aufgebaut ist und lange Zeit funktioniert.

Die häufigste Anwendung sind kleine Ventilatoren. Denken Sie zum Beispiel an Schreibtischventilatoren, Ventilatoren, die Luft aus Badezimmern absaugen, oder die kleinen Ventilatoren, die Elektronik wie Projektoren oder Computer kühlen. All dies sind perfekte Aufgaben für einen Spaltpolmotor. Ein Ventilatorflügel braucht nur sehr wenig Strom, um sich zu drehen. Andere Anwendungen sind:

• Kleine Pumpen
• Luftbefeuchter
• Ladenschilder, die sich drehen
• Spielzeug und Plattenspieler
• Kleine Werkzeuge wie Dosenöffner

Diese Motoren sind eine Art von Motoren mit geringer Leistung. Sie werden nicht für große Aufgaben verwendet. Man findet sie zum Beispiel nicht in Waschmaschinen oder Elektrowerkzeugen. Diese Maschinen benötigen ein viel höheres Anlaufdrehmoment und einen besseren Wirkungsgrad. Aber für jedes kleine Gerät, das sich einfach nur drehen muss, ist der Spaltpol-Induktionsmotor oft die beste Wahl.

Kann man die Leistung dieser Motoren erhöhen?

Es ist sehr schwierig, einen Spaltpol-Induktionsmotor viel leistungsfähiger zu machen. Die Art und Weise, wie er konstruiert ist, begrenzt seine Leistung und Effizienz. Die Methode zum Starten des Motors mit der Beschattung der Pole vergeudet eine Menge Energie.

Eine Menge Energie wird in Wärme umgewandelt und geht verloren. Dies geschieht häufig in der Beschattungsspule. Dieser Verlust bedeutet, dass der Motor einen sehr niedrigen Wirkungsgrad hat. Der Wirkungsgrad liegt oft zwischen 5% und 35%. Der Leistungsfaktor dieses Motortyps ist ebenfalls sehr niedrig. Der Leistungsfaktor gibt an, wie gut der Motor die ihm zugeführte elektrische Leistung nutzt. Ein niedriger Leistungsfaktor bedeutet, dass mehr Energie verschwendet wird.

Sie können kleine Änderungen an dem Motor vornehmen. Man könnte bessere Materialien verwenden oder die Form der Pole oder des Schirms ändern. Aber man kann einen Spaltpolmotor nicht zu einem sehr starken Motor machen. Seine Aufgabe ist es, ein einfacher, preiswerter Motor für geringe Leistungsanforderungen zu sein. Wenn Sie mehr Leistung oder einen besseren Wirkungsgrad benötigen, sollten Sie einen anderen Motortyp verwenden, z. B. einen Motor mit Kondensatoranlauf. Der Spaltpolmotor eignet sich am besten für die Aufgabe, für die er entwickelt wurde: einfache Aufgaben mit geringer Startleistung.

Was sind die Hauptvor- und -nachteile?

Wie jedes Werkzeug hat auch der Spaltpol-Induktionsmotor gute und schlechte Seiten. Seine guten Seiten sind der Grund, warum er so weit verbreitet ist. Seine schlechten Seiten begrenzen die Aufgaben, die er erledigen kann.

Sie erhalten eine gute Sache, aber Sie erhalten auch eine schlechte Sache. Sie erhalten ein sehr einfaches Design und einen niedrigen Preis. Aber dafür bekommt man einen Motor, der nicht sehr gut funktioniert. Für einen kleinen Ventilator ist das ein gutes Geschäft. Für andere Aufgaben sind der schlechte Wirkungsgrad und das geringe Anlaufmoment ein großes Problem.

Wie wirkt sich die Anzahl der Pole auf den Motorbetrieb aus?

Die Anzahl der Pole in einem Wechselstrommotor verändert seine Drehzahl. Dies gilt auch für einen Spaltpol-Induktionsmotor. Die Rotationsgeschwindigkeit des Magnetfelds wird als Synchrondrehzahl bezeichnet. Diese Drehzahl wird durch zwei Faktoren bestimmt: die Frequenz des Wechselstroms und die Anzahl der Pole.

Der Zusammenhang ist einfach. Je mehr Pole Sie haben, desto langsamer wird der Motor. Die Motordrehzahl steht in umgekehrter Beziehung zur Anzahl der Pole. Ein zweipoliger Motor läuft beispielsweise schneller als ein vierpoliger Motor, auch wenn beide die gleiche 60 Hz-Stromversorgung nutzen. Die tatsächliche Drehzahl ist etwas langsamer als die Synchrondrehzahl.

Die meisten Spaltpol-Induktionsmotoren sind zwei- oder vierpolig aufgebaut. Die Verwendung von mehr Polen kann den Motor manchmal ruhiger laufen lassen. Aber es macht die Konstruktion auch etwas schwieriger. Die Wahl der Anzahl der Pole hängt von der für die Aufgabe erforderlichen Drehzahl ab. Die Anzahl der Pole ist ein entscheidender Faktor bei der Konstruktion des Motors. Die Pole und die Beschattung der Pole sind dafür verantwortlich, dass der Motor so funktioniert, wie er funktioniert.

Dinge zum Merken

• Ein Spaltpol-Induktionsmotor ist ein einfacher und billiger Wechselstrommotor, der von selbst anlaufen kann.
• Seine Konstruktion besteht aus ausgeprägten Polen, einer Hauptspule, einem Käfigläufer und einer speziellen Blende.
• Der "Schatten" ist ein Kupferring an einem Teil jedes Pols. Er erzeugt einen zweiten magnetischen Fluss, der ein wenig verspätet ist.
• Dieser Schatten bewirkt, dass sich das Magnetfeld über die Fläche der Pole bewegt. Dadurch entsteht eine schwache Drehkraft zum Starten des Motors.
• Er hat ein sehr niedriges Anlaufmoment, einen geringen Wirkungsgrad und einen niedrigen Leistungsfaktor.
• Es eignet sich hervorragend für Arbeiten mit geringem Stromverbrauch, wie z. B. kleine Ventilatoren, Pumpen und andere Geräte, die leicht zu starten sind.