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Thema 62 Maschinen

Asynchronmotor

Der Arbeitsmotor der Industrie: wie der Asynchronmotor mit Käfigläufer funktioniert, was Schlupf ist und wie du die Drehzahl berechnest.

ca. 5 Minuten Grundlagen Quiz mit 10 Fragen
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Worum geht es?

Der Asynchronmotor ist der häufigste Motor überhaupt. Er treibt Pumpen, Lüfter, Förderbänder und Kreissägen an. Er ist einfach gebaut, robust und braucht fast keine Wartung.

Im Ständer erzeugt der Drehstrom ein umlaufendes Magnetfeld. Dieses Feld erzeugt im Läufer Ströme, und die ziehen den Läufer mit. Wie ein Blatt, das vom Wind mitgenommen wird.

Der Käfigläufer Ein Käfigläufer: viele Stäbe aus Aluminium oder Kupfer, an beiden Enden mit einem Ring verbunden. Er sieht aus wie ein Hamsterrad. Durch die Mitte geht die Welle. Welle KurzschlussringKurzschlussring Stäbe aus Aluminium oder Kupfer
Der Läufer sieht aus wie ein Hamsterrad: Viele Metallstäbe sind an beiden Enden mit einem Ring kurzgeschlossen. Darum heißt er Käfigläufer oder Kurzschlussläufer. Er hat keine Anschlüsse und keine Schleifkontakte. Deshalb ist der Motor so robust.
Käfigläufer eines Wechselstrommotors
Käfigläufer eines Motors: Der ausgebaute Läufer eines Wechselstrommotors für 220 V. Die Stäbe sitzen in einem Paket aus Eisenblechen, an den Enden sind sie mit Ringen verbunden. In der Mitte steckt die Welle.

Foto: Gelpgim22 (Sergio Panei Pitrau), „Jaula de ardillas (rotor)“, Lizenz: CC BY-SA 4.0, Quelle: Wikimedia Commons, verkleinert.

02

Warum „asynchron“?

Drehfeld und Läufer: der Schlupf Zwei Balken: Das Drehfeld dreht mit 1500 Umdrehungen pro Minute, der Läufer nur mit 1450. Der kleine Unterschied heißt Schlupf. Drehfeld1.500 1/min Läufer1.450 1/min Schlupf Der Läufer läuft immer ein bisschen hinterher, also asynchron
Immer ein bisschen langsamer: Das Magnetfeld im Ständer, das Drehfeld, dreht zum Beispiel mit 1.500 Umdrehungen pro Minute. Der Läufer schafft nur etwa 1.450. Würde er genauso schnell laufen, könnte das Feld in ihm keinen Strom mehr erzeugen, und er hätte keine Kraft. Den Unterschied nennt man Schlupf.

Die Drehzahl des Drehfelds hängt von der Netzfrequenz und der Zahl der Polpaare p ab. Bei 50 Hz gilt: 1 Polpaar = 3.000 1/min, 2 Polpaare = 1.500 1/min, 3 Polpaare = 1.000 1/min.

Drehzahl des Drehfelds
ns=60 · fp
f in Hz · p = Polpaarzahl · ns in 1/min
Schlupf
s=ns − nns
meist 2 bis 8 %
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Eigenschaften

  • Robust: Der Käfigläufer hat keine Anschlüsse, es gibt nichts, was sich abnutzt, außer den Lagern.
  • Hoher Anlaufstrom: Beim Einschalten zieht er etwa das 5- bis 8-Fache des Nennstroms. Deshalb gibt es Anlaufverfahren wie die Stern-Dreieck-Schaltung.
  • Fast feste Drehzahl: Am Netz läuft er knapp unter der Drehfeld-Drehzahl. Für verstellbare Drehzahl nimmt man einen Frequenzumrichter.
  • Drehrichtung: Tauscht man zwei Außenleiter, dreht er andersherum.
04

Rechenbeispiele

01 Drehzahl des Drehfelds

Ein Motor hat 2 Polpaare (4 Pole) und hängt am 50-Hz-Netz.

  1. ns = 60 · 502 = 1.500 1/min
  2. Ergebnis: 1.500 Umdrehungen pro Minute
02 Wie groß ist der Schlupf?

Auf dem Typenschild steht 1.450 1/min.

  1. s = 1.500 − 1.4501.500 ≈ 0,033
  2. Ergebnis: etwa 3,3 % Schlupf
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Typische Fehler

  • Typenschild-Drehzahl als Drehfeld-Drehzahl genommen: 1.450 1/min ist die Läufer-Drehzahl. Das Drehfeld hat 1.500.
  • Anlaufstrom vergessen: Zu kleine Sicherungen lösen beim Einschalten aus. Motoren brauchen passende Schutzgeräte.
  • Ein Außenleiter fehlt: Dann brummt der Motor, läuft schlecht oder gar nicht an und wird heiß. Der Motorschutz muss abschalten.
Merke

Der Asynchronmotor hat einen Käfigläufer und ist robust und günstig. Der Läufer dreht immer etwas langsamer als das Drehfeld, das ist der Schlupf. ns = 60 · f geteilt durch p, bei 50 Hz und 2 Polpaaren also 1.500 1/min. Beim Anlauf zieht er ein Vielfaches des Nennstroms.

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Quiz: Teste dich

Zehn Fragen zum Thema Asynchronmotor. Nach jeder Antwort bekommst du eine Erklärung. Dein Fortschritt wird auf diesem Gerät gespeichert.

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