Induktionsmotoren mit gewickeltem Rotor: Das Geheimnis des hohen Drehmoments und der einstellbaren Drehzahl

Ich habe sehr lange mit Elektromotoren gearbeitet. Ich habe große Motoren gesehen, kleine Motoren und Motoren, die sehr spezielle Aufgaben erfüllen. Einer der interessantesten Motoren, die ich gesehen habe, ist der Induktionsmotor mit gewickeltem Rotor. Er ist ein sehr harter Arbeiter. Wenn Sie sich jemals gefragt haben, wie ein großer Kran schwere Dinge so reibungslos heben kann, dann können Sie sich vielleicht vorstellen, was dieser spezielle Motor leisten kann.

Dieser Artikel ist für Sie, wenn Sie etwas über diesen starken Motortyp erfahren möchten. Wir werden uns ansehen, was ein gewickelter Rotormotor ist und wie er funktioniert. Wir werden auch sehen, warum er sich so sehr von einem gewöhnlichen Käfigläufermotor unterscheidet. Ich werde es in einfachen Worten erklären. Wenn Sie die Lektüre beendet haben, werden Sie genau wissen, warum dieser Motor die richtige Wahl für einige der härtesten Aufgaben ist.

Was ist ein Wickelrotormotor überhaupt?

Beginnen wir mit den einfachen Fakten. Ein Motor mit gewickeltem Rotor ist eine besondere Art von Induktionsmotor. Man nennt ihn auch Schleifringläufermotor. Genau wie andere Elektromotoren nutzt er Magnete und Strom, um Dinge in Bewegung zu setzen. Die Hauptaufgabe eines jeden Motors besteht darin, elektrische Energie in Bewegungsenergie umzuwandeln. Dieser Motor erfüllt diese Aufgabe sehr gut, vor allem, wenn die Arbeit schwierig ist.

Der Name "gewickelter Rotor" sagt schon das Wichtigste über ihn aus. Der Rotor ist der Teil des Motors, der sich dreht. Bei diesem Motor ist der Rotor mit Spulen aus Draht umwickelt. Diese Drähte werden Wicklungen genannt. Es handelt sich dabei nicht nur um einfache Metallstäbe. Es sind isolierte Wicklungen. Sie sind den Wicklungen in dem Teil des Motors, der sich nicht bewegt, dem Stator, sehr ähnlich.

Diese spezielle Wicklung auf dem Rotor ist der Schlüssel zu seiner Leistung. Es handelt sich um eine Art von Induktionsmotor, bei dem die Rotorwicklungen mit Dingen außerhalb des Motors verbunden sind. Diese Verbindung ermöglicht es uns, die Funktionsweise des Motors zu ändern, während er läuft. Diese externe Steuerung macht den Induktionsmotor mit gewickeltem Rotor zu einer so einzigartigen und starken Maschine. Wir werden sehen, wie dieses einfache Teil einen sehr großen Unterschied machen kann.

Wie unterscheidet sich dieser Induktionsmotor von einem Käfigläufermotor?

Wenn ich von Motoren spreche, denken die meisten Menschen an den normalen Käfigläufermotor. Das ist der weltweit am häufigsten verwendete Typ von Wechselstrommotoren. Er ist einfach, kostet nicht viel, und man kann sich auf ihn verlassen. Der Name Eichhörnchenkäfig" kommt von seinem Rotor. Der Rotor sieht aus wie ein Käfig für ein kleines Tier. Er besteht aus einer Reihe von Metallstäben, die an den Enden miteinander verbunden sind.

Der Induktionsmotor mit gewickeltem Rotor ist nicht dasselbe. Er verfügt nicht über einen einfachen Käfigläufer. Stattdessen ist der Rotor detaillierter gestaltet und mit Wicklungen versehen. Dies ist ein sehr wichtiger Unterschied zum Käfigläufermotor. Der einfache Käfigläufermotor ist eine Maschine zum Einstellen und Vergessen". Wenn Sie ihn einschalten, sind seine Drehzahl und Drehkraft so gut wie festgelegt. Er erledigt eine Aufgabe mit einer bestimmten Geschwindigkeit sehr gut.

Der gewickelte Rotormotor hingegen kann sich verändern. Wir können uns an seine Rotorwicklungen anschließen. Das bedeutet, dass wir seine Leistung jederzeit ändern können. Dadurch wird der Motor detaillierter und kostet oft mehr Geld. Aber für manche Aufgaben ist die Möglichkeit der Veränderung genau das Richtige. Ein Käfigläufermotor ist wie ein Auto mit nur einem Gang. Ein Motor mit gewickeltem Rotor ist wie ein Auto, bei dem man alle Gänge wechseln kann.

Welche Aufgabe haben die Schleifringe in einem Induktionsmotor mit gewickeltem Rotor?

Wie stellen wir also eine Verbindung zum sich drehenden Rotor her? Hier kommen Schleifringe und Bürsten zum Einsatz. Stellen Sie sich vor, Sie würden versuchen, Drähte an etwas anzuschließen, das sich tausendmal pro Minute dreht. Das wäre ein großes, verworrenes Durcheinander! Der Schleifring ist eine intelligente Lösung für dieses Problem. Ein Schleifring ist ein Metallring. Er befindet sich auf der sich drehenden Stange des Motors, aber der Strom kann nicht zwischen dem Ring und der Stange fließen.

Die Rotorwicklungen sind mit diesen Schleifringen verbunden. Wenn sich der Rotor dreht, drehen sich die Ringe mit ihm. Einige Kohlenstoffblöcke, die sich nicht bewegen, sogenannte Bürsten, berühren die Ringe. Der Strom fließt von den sich drehenden Rotorwicklungen über die Schleifringe zu den Bürsten. Dann wird er zu einem Schaltkasten an der Außenseite geleitet. So können wir dem Rotorkreis weitere Teile hinzufügen.

Dies ist der Schlüssel zur Funktionsweise eines Induktionsmotors mit gewickeltem Rotor. Ohne Bürsten und Schleifringe könnten wir keine Verbindung zum Rotor herstellen. Wir hätten keine Möglichkeit, den Widerstand im Rotorkreis zu ändern. Dieser Teil klingt einfach, aber er macht diese Art von Motor so besonders. Er gibt uns eine Menge Kontrolle über seine Leistung. Dieser Motor ist ein großartiges Beispiel für intelligentes Design.

Wie kann man die Drehzahl eines Wickelrotormotors steuern?

Das Beste an diesem Motor ist, dass man seine Geschwindigkeit steuern kann. Die Drehzahlregelung ist mit den Schleifringen verbunden, über die wir gerade gesprochen haben. Wir können eine Reihe von Widerständen an der Außenseite des Rotorkreises über die Bürsten anschließen. Dadurch können wir die Funktionsweise des Motors verändern. Ein Widerstand ist ein Teil, das den Stromfluss erschwert.

Wenn wir dem Rotorkreis einen Widerstand hinzufügen, verändern wir die Funktionsweise des Motors. Wenn wir mehr Rotorwiderstand hinzufügen, wird der Motor langsamer. Je mehr Widerstand wir hinzufügen, desto langsamer wird der Motor drehen. Auf diese Weise können wir die Geschwindigkeit steuern. Dieser Widerstand hilft, die Motordrehzahl gleichmäßig zu verändern. Das ist ideal für Arbeiten, die eine sehr vorsichtige Bewegung erfordern.

Die Änderung des Rotorwiderstands ist eine einfache und gute Möglichkeit, die Geschwindigkeit und das Drehmoment des Motors zu steuern. Der Motor kann mit einer bestimmten Geschwindigkeit betrieben werden, nicht nur mit seiner schnellsten Geschwindigkeit. Er ist perfekt für Arbeiten, die eine wechselnde Geschwindigkeit erfordern. Die Tatsache, dass man die Geschwindigkeit eines Motors mit gewickeltem Rotor steuern kann, macht ihn so hilfreich für große Arbeiten in Fabriken. Dieser Motor ist ein echter Schwerarbeiter.

Warum hat dieser Motor ein so hohes Startdrehmoment?

Drehmoment ist die Drehkraft, die etwas zum Drehen bringt. Wenn Sie einen Motor starten, benötigen Sie ein hohes Startdrehmoment, um die Dinge in Bewegung zu setzen. Das gilt besonders, wenn eine schwere Last angeschlossen ist. Ein normaler Käfigläufermotor zieht eine sehr große Menge an Strom aus dem elektrischen System, um sein Anlaufdrehmoment zu erzeugen. Das kann das Sechs- bis Achtfache des Stroms sein, den er im Betrieb verbraucht!

Der Induktionsmotor mit gewickeltem Rotor behebt dieses Problem auf sehr intelligente Weise. Um ein hohes Startdrehmoment zu erreichen, fügen wir dem Rotorkreis eine Menge Widerstand hinzu. Dazu verwenden wir die Widerstände an der Außenseite. Dies bewirkt zwei wunderbare Dinge. Erstens wird dadurch der Anlaufstrom, den der Motor benötigt, erheblich gesenkt. Das ist viel besser für das elektrische System. Die Höhe des Anlaufstroms ist viel geringer als bei Käfigläufermotoren. Der Strom wird gesenkt, was eine große Hilfe ist.

Zweitens verändert dieser zusätzliche Rotorwiderstand den Motor in einer Weise, die die größte Startkraft erzeugt. Das Drehmoment ist aufgrund einer besseren Verbindung zwischen den Magnetfeldern im Motor höher. Wir erhalten also diese enorme Startkraft, ohne dass die Leistung stark beansprucht wird. Nachdem der Motor schneller läuft, können wir den Widerstand langsam abbauen. Dadurch kann der Motor bei seiner Höchstgeschwindigkeit gut laufen. So erhalten wir das Beste von beidem: einen starken Start und einen guten Lauf.

Wo werden diese speziellen Rotormotoren eingesetzt?

In Ihrem Haushalt werden Sie keine gewickelten Rotormotoren finden. Das sind Hochleistungsmotoren für große Aufgaben. Motoren mit gewickeltem Rotor werden für Arbeiten verwendet, die ein hohes Startdrehmoment und die Fähigkeit zur Drehzahlregelung erfordern. Sie sind perfekt geeignet, um sehr schwere Dinge reibungslos und sicher zu bewegen.

Hier sind einige häufige Orte, an denen Sie diese starken Rotormotoren sehen werden:

• Kräne und Hebezeuge: Das Heben von riesigen Kisten oder Stahlträgern erfordert einen Motor, der mit einer sehr schweren Last starten kann. Ein Kran braucht eine reibungslose Steuerung, und ein Motor mit gewickeltem Rotor gibt ihm das. Das Hebezeug des Krans verwendet diese Art von Motor.
• Aufzüge: Ein Aufzug braucht einen sehr sanften Start und Stopp. Dieser Motor sorgt für diesen sanften Start.
• Brecher, Mühlen und Zerkleinerungsmaschinen: Diese Maschinen brauchen viel Kraft, um anzulaufen, wenn sie mit Material gefüllt sind. Ein Induktionsmotor mit gewickeltem Rotor kann das erforderliche Drehmoment erzeugen, um sie in Gang zu bringen.
• Pumpen und Ventilatoren: Einige große Pumpensysteme müssen ihre Geschwindigkeit ändern können, um den Flüssigkeitsstrom zu steuern. Dieser Motortyp eignet sich gut für diese Aufgabe.
• Stanzpressen und Scheren: Diese Maschinen benötigen ein hohes Drehmoment für ihren Arbeitszyklus.

Überall dort, wo Sie einen Motor mit einer schweren Last starten müssen, ist ein gewickelter Rotormotor die richtige Wahl. Auch wenn Sie die Drehzahl eines Motors unter Last steuern müssen, ist dieser Motor eine gute Wahl. Dies sind robuste Motoren für schwierige Aufgaben.

Schauen wir mal rein: Was sind die wichtigsten Teile?

Wenn wir einen Motor mit gewickeltem Rotor auseinander nehmen, sehen wir einige Hauptteile. Er ist eine Art Induktionsmotor. Einige Teile ähneln also seinem Käfigläufer, aber der Rotor ist ganz anders.

1. Stator: Das ist der äußere Teil des Motors, der sich nicht bewegt. Er hat einen eigenen Satz von Wicklungen. Wenn Sie den Stator mit Wechselstrom versorgen, erzeugt er ein sich drehendes Magnetfeld. Dies ist bei fast allen Induktionsmotoren der Fall.
2. Gewickelter Rotor: Dies ist das Zentrum des Motors. Es ist der Teil, der sich dreht. Er ist nicht wie ein einfacher Käfigläufer. Dieser hat eine Reihe von isolierten Wicklungen, genau wie der Stator.
3. Schleifringe und Bürsten: Wie wir bereits erwähnt haben, stellen diese Teile die elektrische Verbindung zum sich drehenden Rotor her. Die Enden der Rotorwicklungen sind mit den Schleifringen verbunden. Die Bürsten bewegen sich nicht und berühren die Ringe, um Strom vom Rotor zu übertragen.
4. Externe Widerstands-Bank: Es befindet sich nicht im Motor selbst, ist aber sehr wichtig, damit der Motor funktioniert. Es ist ein Kasten mit großen Widerständen. Sie können über die Bürsten an den Rotor angeschlossen werden. Auf diese Weise kann der Motor die Geschwindigkeit und die Kraft steuern. Dieser veränderbare Widerstand ist der Schlüssel.

Alle diese Teile zusammen bilden das vollständige Induktionssystem mit gewickeltem Rotor. Der Motor ist eine einfache Induktionsmaschine. Aber der spezielle Rotor und die Schleifringe verleihen ihm erstaunliche Fähigkeiten.

Kann ich stattdessen einfach einen Käfigmotor verwenden?

Diese Frage bekomme ich oft gestellt. Ein Käfigläufermotor ist einfacher und kostet weniger. Außerdem muss er weniger gewartet werden. Warum also nicht immer einen verwenden? Die Antwort ist, dass es bei jeder Aufgabe anders ist. Für viele Aufgaben ist ein Käfigläufermotor das perfekte Werkzeug. Wenn Sie einen Motor benötigen, der einen Ventilator immer mit der gleichen Geschwindigkeit laufen lässt, ist ein Käfigläufermotor die beste Wahl.

Was aber, wenn Sie etwas heben müssen, das zehn Tonnen wiegt? Ein normaler Käfigläufermotor würde versuchen, eine riesige Menge an Strom zu ziehen, um zu starten. Das könnte den Strom abschalten oder das elektrische System beschädigen. Möglicherweise kann er nicht einmal ein ausreichendes Startdrehmoment aufbringen, um das Gewicht zu heben. Der Motor ist dann möglicherweise nicht in der Lage, die Aufgabe zu erfüllen.

Hier ist der gewickelte Rotormotor am besten geeignet. Er ist für diese Art von Aufgaben gebaut. Er kann ein sehr hohes Drehmoment erzeugen, wenn er sich nicht bewegt, und er verbraucht eine geringe Strommenge. Das heißt, er kann schwere Lasten bewegen, ohne das elektrische System zu belasten. Sie können also nicht immer den einen Motor anstelle des anderen verwenden. Sie müssen den richtigen Motor für die jeweilige Aufgabe wählen. Wenn Sie ein hohes Startdrehmoment und einen sanften Start benötigen, ist der gewickelte Rotormotor oft die einzige Wahl.

Was ist mit Antrieben mit variabler Frequenz (VFDs)? Sind sie eine bessere Wahl?

In der Welt der Motorsteuerung ändern sich die Dinge ständig. Heute gibt es ein großartiges neues Hilfsmittel, den sogenannten variablen Frequenzumrichter (VFD). Ein VFD ist ein elektronisches Gerät, das die Drehzahl eines normalen Käfigläufermotors ändern kann. Dies geschieht durch Änderung der Frequenz des Stroms, der zum Motor geleitet wird.

VFDs werden heute häufig eingesetzt. Mit ihnen kann ein billiger und einfacher Käfigläufermotor Aufgaben erledigen, für die früher ein detaillierter gewickelter Rotormotor erforderlich war. Mit einem VFD kann ein normaler Induktionsmotor eine hervorragende Drehzahlregelung haben. Er kann sogar ein höheres Startdrehmoment erzeugen. Bei vielen neuen Projekten kann man sich für einen VFD und einen Käfigläufermotor statt für einen gewickelten Rotormotor entscheiden.

Aber Motoren mit gewickelten Rotoren werden immer noch gebraucht. Sie sind sehr robust und können auch unter sehr schwierigen Bedingungen arbeiten. Bei einigen Aufgaben mit sehr hoher Leistung kann ein gewickelter Motor immer noch ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis bieten oder zuverlässiger sein als ein großes, detailliertes VFD-System. Auch wenn Sie einen alten Motor in einem bereits vorhandenen System ersetzen, ist es oft am einfachsten, einen anderen gewickelten Rotormotor zu verwenden. Die neuen Antriebe mit variabler Frequenz haben die Dinge verändert, aber sie haben nicht dazu geführt, dass der robuste alte gewickelte Rotormotor nicht mehr benötigt wird.

Was sind die wichtigsten Vor- und Nachteile, die ich kennen sollte?

Betrachten wir abschließend die guten und die schlechten Dinge. Wie jedes Werkzeug hat auch der Induktionsmotor mit gewickeltem Rotor seine guten und seine schlechten Seiten. Es ist wichtig, beide zu kennen, bevor Sie entscheiden, ob er der richtige Motor für Ihre Bedürfnisse ist.

Vorteile (Pros):

• Hohes Startdrehmoment: Er kann mit sehr schweren Lasten starten. Das ist seine beste Eigenschaft.
• Niedriger Anlaufstrom: Die elektrische Anlage wird beim Starten nicht übermäßig belastet.
• Reibungsloser Start: Die Geschwindigkeit kann langsam und gleichmäßig erhöht werden. Das ist ideal für Lasten, die Pflege brauchen.
• Veränderbare Geschwindigkeit: Die Laufgeschwindigkeit kann durch Veränderung des Rotorwiderstands gesteuert werden.

Nachteile (Cons):

• Mehr Kosten: Diese Motoren sind aufwändiger und teurer in der Herstellung als Käfigläufermotoren.
• Braucht mehr Instandhaltung: Die Schleifringe und Bürsten nutzen sich ab. Sie müssen überprüft und ausgetauscht werden.
• Vergeudet mehr Strom: Ein Teil der Leistung wird in Wärme umgewandelt und geht in den äußeren Widerständen verloren. Dies geschieht vor allem bei langsamen Geschwindigkeiten.
• Größere Größe: Sie sind oft größer und schwerer als ein Käfigläufermotor mit der gleichen Leistung.

Wenn Sie diese Punkte kennen, werden Sie verstehen, warum dieser Motor ein besonderes Werkzeug für besondere Aufgaben ist. Er ist nicht für jede Aufgabe geeignet, aber wenn Sie seine besonderen Stärken benötigen, wird kein anderer Motor so gut funktionieren.

Dinge zum Merken

Ich hoffe, dies hat Ihnen geholfen, etwas über den Induktionsmotor mit gewickeltem Rotor zu erfahren. Er ist eine sehr interessante Maschine in der Welt der Elektromotoren. Hier sind die wichtigsten Dinge, die Sie sich merken sollten:

• Ein Motor mit gewickeltem Rotor ist ein spezieller Induktionsmotor mit Drahtwicklungen auf seinem Rotor.
• Er verwendet Schleifringe und Bürsten, um seinen Rotor mit einem äußeren Stromkreis zu verbinden.
• Durch Hinzufügen eines Widerstands zum Rotor können Sie die Drehzahl des Motors steuern. Sie können auch ein sehr hohes Startdrehmoment bei niedrigem Startstrom erreichen.
• Diese Läufermotoren sind ideal für schwere Arbeiten wie Kräne, Hebezeuge und Mühlen.
• Sie sind aufwendiger, teurer und wartungsintensiver als herkömmliche Käfigläufermotoren.
• Neue VFDs können jetzt ähnliche Fähigkeiten wie normale Motoren bieten, aber der gewickelte Rotormotor wird immer noch für schwierige Aufgaben verwendet.