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Was ist Asynchronmotor (Induktionsmotor)?

Wechselstrommotor, bei dem eine dreiphasige Ständerwicklung ein Drehfeld erzeugt und der Läufer durch die Kraft zwischen diesem Feld und den in den Läuferleitern induzierten Strömen gedreht wird. Der Läufer dreht etwas langsamer als das Drehfeld (die Synchrondrehzahl); der relative Rückstand heißt Schlupf. Wegen seines einfachen, robusten Aufbaus ist er in Pumpen, Lüftern, Werkzeugmaschinen und Schienenfahrzeugen weit verbreitet. Mit einem Wechselrichter lässt sich über die Frequenz seine Drehzahl in einem weiten Bereich einstellen.

Japanische Bezeichnung: 誘導電動機

„Asynchronmotor (Induktionsmotor)“ kommt in 5 Übungsfragen aus 1 Themen vor, z. B. Schaltungen der Leistungselektronik.

Fachgebiet: Schaltungen der Leistungselektronik

Synchrondrehzahl und Schlupf

Die Synchrondrehzahl ist n_s = 120f/p [min⁻¹] (f: Frequenz, p: Polzahl); ein 4-poliger Motor hat bei 50 Hz 1500 min⁻¹ und bei 60 Hz 1800 min⁻¹. Der Schlupf ist s = (n_s − n)/n_s; dreht sich der Motor bei einer Synchrondrehzahl von 1500 min⁻¹ mit 1440 min⁻¹, ist s = 0,04. Die Frequenz des Läuferstroms ist s × f und in diesem Beispiel mit 2 Hz niedrig.

Drehmoment und Schlupf

Bei Synchrondrehzahl schneiden die Läuferleiter das Feld nicht, sodass weder Strom noch Drehmoment entstehen. Steigt die Last, sinkt die Drehzahl, der Schlupf nimmt zu, der Läuferstrom steigt und das Drehmoment wird größer, bis sich eine Drehzahl einstellt, bei der es der Last das Gleichgewicht hält. Im Bereich des Nennbetriebs ist das Drehmoment nahezu proportional zum Schlupf; wird der Schlupf zu groß und übersteigt die Last das Kippmoment, bleibt der Motor stehen.

Betrieb am Wechselrichter

Ändert ein Wechselrichter die Frequenz, ändert sich die Synchrondrehzahl, sodass sich die Drehzahl einstellen lässt. Bei der V/f-Steuerung wird dabei das Verhältnis von Spannung und Frequenz (V/f) nahezu konstant gehalten, um den Fluss zu erhalten. Für präzisere Regelung nutzt man die feldorientierte Regelung (Vektorregelung), die den Strom in eine flussbildende und eine drehmomentbildende Komponente zerlegt und getrennt regelt; damit lässt sich das Drehmoment schnell und genau wie bei einem Gleichstrommotor regeln.

Jetzt üben: Fragen zu Asynchronmotor (Induktionsmotor)

Wie groß ist die Synchrondrehzahl eines 4-poligen Asynchronmotors, der an Drehstrom mit 50 Hz betrieben wird?

  1. A750 min⁻¹
  2. B1500 min⁻¹
  3. C3000 min⁻¹
Antwort und Erläuterung anzeigen

Antwort: B. 1500 min⁻¹

Die Synchrondrehzahl ist die Drehzahl des Drehfelds, das die dreiphasige Ständerwicklung erzeugt, und wird mit n_s = 120f/p [min⁻¹] (f: Frequenz, p: Polzahl) berechnet. Bei 50 Hz und 4 Polen ergibt sich 120 × 50/4 = 1500 min⁻¹. In Regionen mit 60 Hz beträgt die Synchrondrehzahl desselben Motors 1800 min⁻¹. Der Läufer eines Asynchronmotors dreht etwas langsamer als mit Synchrondrehzahl.

Ein 4-poliger Asynchronmotor wird mit 60 Hz betrieben und läuft mit einem Schlupf von 0,05. Wie groß ist die Drehzahl des Läufers?

  1. A1710 min⁻¹
  2. B1800 min⁻¹
  3. C1890 min⁻¹
Antwort und Erläuterung anzeigen

Antwort: A. 1710 min⁻¹

Die Synchrondrehzahl beträgt 120 × 60/4 = 1800 min⁻¹. Der Schlupf ist s = (n_s − n)/n_s, die Drehzahl also n = n_s × (1 − s) = 1800 × 0,95 = 1710 min⁻¹. Die Geschwindigkeit, mit der die Läuferleiter das Drehfeld schneiden, ist proportional zur Differenz zur Synchrondrehzahl, daher beträgt die Frequenz des Läuferstroms s × f = 0,05 × 60 = 3 Hz. Der Nennschlupf üblicher Asynchronmotoren liegt bei einigen Prozent.

Häufige Fragen

Worin unterscheiden sich Asynchronmotor und Synchronmotor?

Ein Synchronmotor hat im Läufer Permanentmagnete oder eine Erregerwicklung und dreht genau mit der Geschwindigkeit des Drehfelds (der Synchrondrehzahl). Ein Asynchronmotor erzeugt sein Drehmoment mit den im Läufer induzierten Strömen und dreht daher etwas langsamer als mit Synchrondrehzahl. Permanentmagnet-Synchronmotoren haben einen hohen Wirkungsgrad und sind in Elektrofahrzeugen und Haushaltsgeräten weit verbreitet.

Wohin geht die Energie beim Abbremsen eines Motors?

Wird die Frequenz gesenkt und dreht der Läufer schneller als die Synchrondrehzahl, wird der Schlupf negativ, und der Asynchronmotor arbeitet als Generator. Die Energie fließt auf die Gleichspannungsseite des Wechselrichters zurück und wird entweder in einem Bremswiderstand in Wärme umgesetzt oder über einen rückspeisefähigen Stromrichter ins Netz zurückgespeist.

„Asynchronmotor (Induktionsmotor)“ in den Erläuterungen

Fragen mit „Asynchronmotor (Induktionsmotor)“ (5)

  1. Wie groß ist die Synchrondrehzahl eines 4-poligen Asynchronmotors, der an Drehstrom mit 50 Hz betrieben wird?
  2. Ein 4-poliger Asynchronmotor wird mit 60 Hz betrieben und läuft mit einem Schlupf von 0,05. Wie groß ist die Drehzahl des Läufers?
  3. Warum kann ein Asynchronmotor im Motorbetrieb nicht genau mit Synchrondrehzahl laufen?
  4. Was ist der Hauptgrund dafür, beim Verstellen der Drehzahl eines Asynchronmotors mit einem Wechselrichter das Verhältnis von Spannung und Frequenz (V/f) nahezu konstant zu halten?
  5. Welche Kombination aus möglicher Folge und Gegenmaßnahme ist richtig, wenn ein von einem Wechselrichter gespeister Asynchronmotor durch Absenken der Frequenz schnell abgebremst wird?

Vergleiche mit diesem Begriff

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