Drehstrom-Asynchronmaschine

Hier geht es um einen ganz besonderen Motor, mit sehr universellen Eigenschaften: der Asynchronmotor, auch Asynchronmaschine, oder Drehstrom-Induktionsmaschine genannt. Dieser Motor ist wie fast jeder andere Elektromotor auch als Generator einsetzbar – sogar besonders einfach, da keine Umbauten erforderlich sind.


Jeder Elektromotor wandelt elektrischen Strom in Bewegungsenergie um. Der Strom wird in den Spulen (den Wicklungen) des Motors ein Magnetfeldes (Elektromagnetfeld) erzeugen. Je nach Motorprinzip (Motorart) wirkt dieses Magnetfeld auf ein Dauermagnetfeld oder auf ein anderes Elektromagnetfeld. Wie erwähnt besprechen wir hier lediglich den Asynchronmotor, welcher keine Dauermagneten hat. Umgekehrt kann ein Motor (auch ein Asynchronmotor) auch als Generator arbeiten. Dann wird mechanische Bewegungsenergie (Drehbewegung) in elektrische Energie umgewandelt.

Der (Drehstrom)Asynchronmotor: Ein Motor verbirgt in seinem Innern zwei wesentliche Komponenten. Den Stator (der feststehende Teil des Motors) und den Rotor (der drehende Teil des Motors). Der Rotor ist üblicherweise innen mittig, es ist dann ein „Innenläufer“. Vereinzelt – meist im kleineren Leistungsbereich anzutreffen, z.B. im Modellbaubereich – findet man auch „Aussenläufer“. Diese haben dann den Stator (das feststehende Teil des Motors) innen, und den Rotor (das drehende Teil des Motors) aussen. Bei diesen „speziellen“ Motoren handelt es sich jedoch nicht um eine typische Asynchronmaschine, sondern oft um eine permanent erregte Brushless Synchronmaschine. Diesen Spezialfall werden wir hier (heute) nicht weiter beschreiben.

Der Stator des Asynchronmotors: Der äußere Bereich ist mit Kupferwicklungen versehen, welche üblicherweise mit Drehstrom betrieben werden. Durch anlegen einer 3 phasigen Spannung (Anschluss an Drehstrom oder über einen FU, Frequenzumrichter), erzeugt das Paket mit den Wicklungen ein ganz spezielles Magnetfeld, nämlich das Drehfeld. Dieses Drehfeld (ein Magnetfeld) wirkt auf den zunächst noch stehenden Rotor.

Asynchronmaschine, Motor, FunktionsweiseDrehstrom-Asynchronmaschine (Motor), InnenaufbauAsynchronmaschine, Funktionsweise schematisch
Asynchron-Drehstrommaschine, Funktionsweise, PrinzipaufbauAsynchron-Drehstrommaschine, Innenaufbau. Wicklungen sind zu sehen.Asynchron-Drehstrommaschine, Funktionsweise, Schaltzeichen.
Funktion des Asynchron-Drehstrommotors

Vorteile: Liegen auf der Hand. Der Motor ist einfach und überschaubar aufgebaut. Es gibt praktisch keinen Verschleiß, ausser vielleicht zwei Kugellager. Die Kosten sind recht gering, weil es sich um Massenware handelt.

Nachteile: Eigentlich keine. So ein Motor muss natürlich an 3 phasigen Drehstrom betrieben werden. Ist dieser nicht vorhanden, z.B. nur 230 V Wechselstrom (also nur Null, Schutzleiter und eine Phase), so kann man – notfalls – einen Kondensator (Anlaufkondensator) zwischen zwei der drei Wicklungsanschlüsse schalten. Die Kapazität muss zur Leistung passen und beträgt etwa 70 uF pro kW Leistung. Allerdings geht sowas nur bis ca. 2 kW Leistung. Insgesamt ist diese Methode (mit Kondensator) nicht optimal, da der Wirkungsgrad der Asynchronmaschine auf diese Weise schlechter wird.

Heute wird diese Methode mit Kondensator einen Drehstrommotor an einer Phase zu betreiben, üblicherweise daher nicht mehr angewandt, da geeignete elektronische Ansteuerschaltungen (FU, Frequenzumrichter) recht günstig kaufbar sind. Drehstrommotoren können das Netz beim einschalten sehr stark belasten, und sogar zur Abschaltung des Netzes führen. Ab ca. 3 kW Leistung werden diese Motoren daher zunächst in Sternschaltung gestartet, um dann umzuschalten auf Dreieckschaltung. Dabei wird der Strom begrenzt. Besser ist jedoch die Verwendung eines FU.

Weiter unten finden Sie noch einen Hinweis zum Thema „Kühlschrank“ von einem Leser. Danke dafür 🙂

Der FU/Frequenzumrichter: Ein FU kann beinahe jede beliebige Drehzahl des Motors einstellen, sogar höhere Drehzahlen als das Netz selber erlaubt (Netz = 50 Hz). FU werden zwar üblicherweise auch an Drehstrom betrieben, können aber auch an 230 V AC (eine Phase) betrieben werden (bei geringerer Leistung), und stellen am Ausgang 3 Phasen für den Asynchronmotor zur Verfügung. FU (Frequenzumrichter) können auch mit Gleichspannung betrieben werden (dann min. ca. 320 V DC erforderlich, bzw. ca. 530 V DC bei größeren FUs).

Hinweis: Wenn eine Asynchronmaschine (Motor) an einem FU betrieben wird, und die Maschine (der Motor) abgebremst werden soll, so wird beim Abbremsen mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Bei (sehr) kleinen Bremsenergiemengen kann der FU diese Energie selber aufnehmen und zwischenspeichern, und ggf. für den erneuten Start wieder einsetzen. Bei größeren Energiemengen muss die sich am ZK (Zwischenkreis) des FU aufbauende ggf. recht hohe Spannung natürlich abgeleitet werden. Geschieht dies nicht, geht der FU in Fehlerstellung und schaltet den Motor – der nun als Generator arbeitet – ab. Dieser Betriebsmodus (Asynchron-Generator) finden Sie hier und unten.

Achtung, bitte Vorsicht! Wir reden hier nicht über Kinderkram, sondern über lebensgefährliche Geräte, aufgrund der hohen Betriebsspannungen. Arbeiten Sie bitte nicht an FU und Asynchronmaschinen, wenn diese am lebensgefährlichen Stromnetz angeschlossen sind. Diese Arbeiten sind nur für ausgebildete Personen zulässig!

Halt, einen habe ich noch. Ende Dez. 2012 hat mich ein Leser (Mario Bode, Danke dafür) noch auf folgende Ergänzung zum Thema Kühlschrank hingewiesen; Kühlschränke haben keinen (separten) Motor, sondern einen Verdichter. In diesem Fall einen „Vollhermetischen Hubkolbenverdichter“. Es gibt zwar tatsächlich Verdichter, die mit (separaten) Motoren angetrieben werden, diese sind aber nur in Industriekälteanlagen zu finden. Der Antrieb eines Kühlschrankverdichters ist ein Elektromotor. Da aber SÄMTLICHE Teile dieses Verdichtertyps in einem Stück zusammengefaßt sind (und auch nicht getrennt werden können!!!), kann man beim Kühlschrank nicht von DEM Motor sondern nur vom Verdichter sprechen.

So, weiter möchte ich dieses Thema „Asynchronmotor“ hier in den Grundlagen nicht ausführen 🙂

Nochmals Danke an Mario, für die Korrektur zum Thema „Motor/Kühlschrank„.

Freundliche Grüße, Jürgen Blumenkamp

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