Die Selbstanlaufleistung eines Dreiphasen-Induktionsmotors

Haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, was die großen Maschinen in Fabriken und Werkstätten zum Laufen bringt? Viele von ihnen verwenden eine besondere Art von Motor. Dieser Motor heißt Drehstrom-Asynchronmotor. Das Coolste daran ist, dass er von ganz alleine anspringt. Man gibt ihm einfach Strom, und er beginnt sich zu drehen. Das ist sehr wichtig und der Grund, warum diese Motoren so häufig eingesetzt werden.

In diesem Artikel erfahren Sie den einfachen Grund für diese selbststartende Magie. Wir werden Schritt für Schritt erklären, wie eine 3-Phasen-Stromquelle eine besondere Kraft erzeugt. Diese Kraft bringt den Motor ohne fremde Hilfe zum Drehen. Sie müssen kein Ingenieur sein, um das zu verstehen. Wir werden mit einfachen Worten und Beispielen erklären, wie dieser starke Induktionsmotor funktioniert.

Was ist also ein dreiphasiger Induktionsmotor?

Ein Drehstrom-Asynchronmotor ist eine Art von Elektromotor. Man kann ihn als den Hauptmotor für große Aufgaben in der Welt betrachten. Er ist stark, einfach und man kann sich auf ihn verlassen. Der Name des Motors sagt schon viel aus. "Drehstrom" bedeutet, dass er eine besondere Art von Strom verwendet. Dieser Strom hat drei getrennte Ströme. "Induktion" bedeutet, dass er die Kraft von Magneten nutzt, um den beweglichen Teil in Drehung zu versetzen, ohne dass irgendwelche Drähte ihn berühren.

Dieser Motor besteht aus zwei Hauptteilen. Der erste Teil ist der Stator. Der Stator ist der äußere Teil des Motors, der stillsteht. Er bewegt sich nicht. Der zweite Teil ist der Rotor. Der Rotor ist der Teil im Inneren des Motors, der sich drehen kann. Die Magie des Induktionsmotors beruht darauf, wie diese beiden Teile miteinander arbeiten. Sie nutzen Elektrizität und Magnete, um eine starke Bewegung zu erzeugen und schwere Dinge zu drehen.

Warum ist "Selbstständigkeit" eine so große Sache?

Die Selbstanlauffähigkeit eines Drehstrommotors ist sein bekanntester Trick. Aber warum ist das so wichtig? Stellen Sie sich vor, Sie müssten einen riesigen Ventilator jedes Mal anschieben, wenn Sie ihn starten wollen. Oder stellen Sie sich vor, Sie müssten eine schwere Wasserpumpe mit den Händen drehen, um sie in Gang zu bringen. Das wäre sehr mühsam und nicht sehr nützlich. Ein selbststartender Motor behebt dieses Problem.

Wenn wir sagen, dass ein Motor selbstanlaufend ist, bedeutet das, dass man ihm nur Strom geben muss. Dann beginnt er sich zu drehen und erzeugt seine eigene Drehkraft. Er braucht keinen Anstoß von außen. Er braucht auch kein ausgefallenes Startwerkzeug von außen, um ihn in Gang zu setzen. Dank dieser Selbststarteigenschaft ist der Induktionsmotor sehr, sehr einfach zu bedienen. Man muss nur einen Schalter umlegen, und er beginnt zu arbeiten. Diese Einfachheit ist ein wichtiger Grund, warum dieser Motortyp in so vielen Maschinen eingesetzt wird.

Was ist der Stator und was ist seine Aufgabe in einem Induktionsmotor?

Der Stator ist die Basis für die Stärke des Induktionsmotors. Er ist die große, runde und schwere Außenhülle des Motors. Er steht vollkommen still, wenn der Motor eingeschaltet ist. Im Inneren des Stators befinden sich kleine Rillen, in denen sich die Drahtspulen befinden. Wir nennen sie die Statorwicklungen. Es gibt drei verschiedene Sätze von Wicklungen. Für jede Phase des 3-Phasen-Netzes gibt es einen Satz.

Wenn Sie die 3-Phasen-Stromversorgung an den Motor anschließen, fließt Strom durch diese Statorwicklungen. Die Aufgabe des Stators ist es, diesen Strom in ein starkes, magnetähnliches Feld umzuwandeln. Aber es ist nicht nur ein normales Magnetfeld. Aufgrund des 3-Phasen-Stroms kann der Stator eine ganz besondere Art von Feld erzeugen. Dieses Feld ist ein rotierendes Magnetfeld. Dieses Feld ist das Geheimnis, das dem Motor die Kraft gibt, anzulaufen und sich zu drehen. Der Stator ist der Teil, der den "Anstoß" gibt, ohne den Rotor jemals zu berühren.

Wie erzeugt eine 3-Phasen-Stromquelle ein sich drehendes Magnetfeld?

Hier beginnt der eigentliche Spaß. Eine 3-Phasen-Stromversorgung besteht nicht nur aus einem Stromfluss. Es handelt sich um drei getrennte Stromflüsse, oder Phasen, von Strom. Diese drei Stromflüsse sind genau richtig getaktet. Sie werden nacheinander stärker und schwächer. Dies geschieht nach einem gleichmäßigen Muster, das sich wiederholt. Es ist wie drei Freunde, die ein Karussell schieben. Der erste Freund schiebt. Dann schiebt der zweite Freund. Dann schiebt der dritte Freund, und das Ganze beginnt von vorne. Ihre Schübe sind genau richtig verteilt. Dadurch dreht sich das Karussell die ganze Zeit über gleichmäßig.

Die Statorwicklungen sind in einem Kreis angeordnet. Jeder Satz von Wicklungen ist an eine der drei Phasen angeschlossen.

• Wenn Phase 1 hat die meiste Kraft, sie erzeugt ein Magnetfeld in eine Richtung.
• Ein wenig später, Phase 2 hat die meiste Kraft. Es macht ein Feld in eine neue Richtung.
• Ein wenig später, Phase 3 hat die meiste Kraft. Es macht ein Feld in eine andere, neue Richtung.

Da diese Leistungsspitzen in der richtigen Reihenfolge auftreten, taucht das gesamte Magnetfeld nicht einfach auf und verschwindet wieder. Stattdessen sieht es so aus, als würde es sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit um das Innere des Stators drehen. Dies ist die magnetisches Drehfeld. Der Stator nutzt die 3-Phasen-Versorgung, um dieses sich drehende Kraftfeld zu erzeugen, wobei sich keine Teile des Stators bewegen müssen. Die Geschwindigkeit dieses Feldes hat einen besonderen Namen: Synchrondrehzahl.

(Dies ist ein einfaches Diagramm, das zeigt, wie sich das Feld bewegt)

Welche Rolle spielt der Rotor in einem Induktionsmotor?

Lassen Sie uns nun über den zweiten Hauptteil sprechen: den Rotor. Der Rotor ist der Teil des Induktionsmotors, der sich wirklich dreht und die Arbeit erledigt. Die gebräuchlichste Art von Rotor ist der sogenannte "Eichhörnchenkäfig"-Rotor. Er sieht ein wenig aus wie ein Käfig für einen Hamster. Er hat massive Stäbe an den Seiten, die an beiden Enden durch Ringe verbunden sind. Diese Stäbe bestehen oft aus Aluminium oder Kupfer.

Das Wichtigste über den Rotor eines Induktionsmotors ist, dass er nicht an eine externe Stromquelle angeschlossen ist. Es gibt keine Drähte, die zu ihm führen. Er sitzt einfach im Inneren des Stators und kann sich frei drehen. Seine Aufgabe ist es, auf das Magnetfeld zu reagieren, das der Stator erzeugt. Der Rotor ist der Teil, der durch das rotierende Magnetfeld zum Drehen "verleitet" wird. Die einfache Konstruktion des Rotors, ohne Teile, die sich reiben oder direkte Drahtverbindungen benötigen, macht den Induktionsmotor so stark und langlebig.

Wie wird der Rotor durch das rotierende Magnetfeld in Bewegung gesetzt?

So arbeiten Stator und Rotor zusammen. Der Stator erzeugt ein starkes rotierendes Magnetfeld. Dieses Feld dreht sich im Inneren des Motors und geht durch den Rotor. Wenn sich das Magnetfeld über die Metallstäbe des Rotors bewegt, beginnt eine wissenschaftliche Regel namens "elektromagnetische Induktion" zu wirken. Das sich bewegende Magnetfeld erzeugt eine Spannung. Diese Spannung bewirkt, dass ein starker elektrischer Strom in den Stäben des Rotors fließt.

Nun fließt durch den Rotor ein eigener Strom. Wenn Strom durch einen Draht oder einen Stab fließt, erzeugt er sein eigenes Magnetfeld. Das bedeutet, dass wir jetzt zwei Magnetfelder haben. Das eine ist das große, sich drehende Feld des Stators. Das andere ist ein neues Feld um den Rotor, das durch den neuen Strom entsteht. Diese beiden Magnetfelder wirken dann aufeinander ein. Das Feld des Stators drückt und zieht auf das Feld des Rotors. Durch dieses Schieben und Ziehen beginnt sich der Rotor zu drehen.

Was ist Drehmoment und wie hilft es dem Induktionsmotor beim Starten?

Drehmoment ist einfach eine Dreh- oder Verwindungskraft. Wenn Sie ein Werkzeug benutzen, um eine Schraube anzuziehen, wenden Sie ein Drehmoment an. Bei einem Induktionsmotor bewirkt die Art und Weise, wie das Feld des Stators und das Feld des Rotors zusammenwirken, eine starke Drehkraft bzw. ein Drehmoment auf den Rotor. Das rotierende Magnetfeld des Stators ist immer in Bewegung. Es zieht den Rotor mit sich. Das ist so, als würde man eine Karotte auf einen Stock setzen, um einen Esel zum Laufen zu bringen.

Dieses Drehmoment verleiht dem Asynchronmotor seine Selbstanlauffähigkeit. In dem Moment, in dem Sie den 3-Phasen-Strom einschalten, erscheint das rotierende Magnetfeld. Dieses Feld erzeugt sofort einen Strom im Rotor. Dieser Strom erzeugt ein zweites Magnetfeld, und das Zusammenwirken beider Felder erzeugt ein Drehmoment. Dieses Drehmoment ist stark genug, um den Rotor in Bewegung zu setzen, auch wenn er eigentlich stillstehen möchte. Durch das erzeugte Drehmoment beginnt sich der Rotor zu drehen. Er versucht, mit dem sich drehenden Feld des Stators gleichzuziehen. Aus diesem Grund ist der Motor selbstanlaufend.

Warum kann ein einphasiger Induktionsmotor nicht von selbst anlaufen?

Warum ein Drehstrom-Asynchronmotor selbstanlaufend ist, lässt sich leichter verstehen, wenn man sich einen Motor ansieht, der das nicht ist. Das ist der Einphasen-Induktionsmotor. Diese Motoren finden sich in vielen Dingen in Ihrem Haus, wie Ventilatoren und Kühlschränken. Eine einphasige Stromquelle hat nur einen Stromfluss, der hin und her fließt.

Wenn man den Stator eines Motors mit einphasigem Strom versorgt, erzeugt er kein rotierendes Magnetfeld. Stattdessen entsteht ein Feld, das nur an einer Stelle stärker und schwächer wird. Es dreht sich nicht. Dieses wackelige Feld kann nicht entscheiden, in welche Richtung es den Rotor schieben soll. Der Rotor steht also nur still und macht ein brummendes Geräusch. Er hat kein Anlaufmoment. Damit ein Einphasen-Induktionsmotor anspringt, braucht er ein zusätzliches Bauteil, z. B. einen Kondensator. Dieses Teil trägt dazu bei, ein zweites Magnetfeld zu erzeugen, das etwas unregelmäßig ist. Dadurch erhält der Rotor den ersten Anstoß, den er braucht, um sich in eine Richtung zu drehen.

Bedeutet die Fähigkeit zum Selbststart, dass keine Hilfe benötigt wird?

Wenn wir sagen, dass ein Drehstrom-Asynchronmotor selbststartend ist, meinen wir damit, dass er keinen äußeren Anstoß oder Zug benötigt, um zu starten. Sie müssen ihn nicht mit der Hand drehen. Sie brauchen auch keine ausgefallenen zusätzlichen elektrischen Teile, um die Startbewegung zu erzeugen. Der Motor ist selbststartend, weil sein einfaches Design in Verbindung mit einer 3-Phasen-Versorgung seine eigene Startkraft ganz von selbst erzeugt.

Alles, was der Motor braucht, ist die richtige Art von Strom. Die 3-Phasen-Versorgung ist das Geheimnis. Der Induktionsmotor benötigt keine weiteren Hilfsmittel, um in Gang zu kommen. Da die drei Stromphasen in der richtigen Reihenfolge ankommen, erzeugt der Stator ein rotierendes Magnetfeld. Dieses Feld ist die einzige "Hilfe", die der Rotor braucht, um sich in Bewegung zu setzen. Das ganze System funktioniert auf Anhieb.

Was macht diesen selbststartenden Motor so robust und vertrauenswürdig?

Der Drehstrom-Asynchronmotor ist die erste Wahl für große Aufgaben, denn seine selbstanlaufende Konstruktion ist sehr einfach und robust. Der Rotor hat keine speziellen Drähte, die einen eigenen Stromanschluss benötigen. Er hat auch keine Bürsten, die sich mit der Zeit abnutzen können. Die wichtigsten Teile sind der Stator, der sich nicht bewegt, und ein einfacher, solider Rotor. Es gibt nur sehr wenige Teile, die kaputt gehen können.

Dank dieser einfachen Konstruktion und seiner starken Selbststarteigenschaften ist der Drehstrom-Asynchronmotor eine gute Wahl für schwere Arbeiten. Er kann auch dann anspringen, wenn er schwere Dinge bewegen muss. Er läuft mit einer Drehzahl, die fast immer gleich ist. Und er kann viele Jahre lang arbeiten und braucht nicht viel Pflege. Die Tatsache, dass man ihn einfach an den Strom anschließen kann und er jedes Mal anspringt, hat diesen wunderbaren Induktionsmotor zum meistgenutzten Motor der Welt gemacht.

Wichtige Punkte zur Erinnerung

• A Drehstrom-Asynchronmotor kann von selbst anspringen, weil seine Kraftquelle ihm hilft, eine Drehkraft zu erzeugen.
• Die Stator ist der Teil, der sich nicht bewegt. Er hat Drähte, die an die 3-Phasen-Stromversorgung angeschlossen werden.
• A 3-phasig Versorgung macht eine besondere magnetisches Drehfeld im Inneren des Stators.
• Die Rotor ist der Teil, der sich dreht. Es sind keine Drähte direkt mit ihm verbunden.
• Das rotierende Magnetfeld des Stators erstellt einen Strom im Inneren des Rotors.
• Dieser Strom im Rotor erzeugt sein eigenes Magnetfeld, das mit dem Feld des Stators zusammenarbeitet, um eine Drehkraft (Drehmoment) erzeugen.
• Dieser Start Drehmoment stark genug ist, um den Rotor zu rotieren ohne jeglichen Druck von außen.