Was ist ein 3-Phasenmotor?
Ein 3-Phasenmotor ist ein Elektromotor, der von einer dreiphasigen Wechselstromquelle angetrieben wird.
Sie werden häufig als Stromquelle für Industrieanlagen und Maschinen verwendet. Sie werden auch als Drehstrom-Asynchronmotoren bezeichnet und in der Regel mit einer dreiphasigen Wechselstromversorgung von 200 V AC betrieben.
3-Phasenmotoren bestehen aus einem Stator, einem Rotor, einer Abtriebswelle, einem Flansch und Kugellagern.
Anwendung von 3-Phasenmotoren
Wechselstromversorgungen werden in einphasige und dreiphasige unterschieden. Einphasig ist eine Wechselstromquelle, die hauptsächlich in Privathaushalten verwendet wird. Drehstrom hingegen ist eine Wechselstromquelle, die hauptsächlich in der Industrie verwendet wird.
3-Phasenmotor werden unter anderem für folgende Zwecke eingesetzt:
- Kompressoren
- Pumpen
- Ventilatoren
- Bandförderer
- Kräne
- Motoren für EVs
3-Phasenmotor sind vielseitig einsetzbar und werden in vielen anderen als den oben genannten Industriemaschinen verwendet.
Unter den Dreiphasenmotoren gibt es auch Schrittmotoren und Servomotoren, die zur präzisen Steuerung von Drehbewegungen verwendet werden. Diese werden bei automatisierten Maschinen wie z. B. industriellen Gelenkrobotern eingesetzt.
Funktionsweise von 3-Phasenmotoren
Bei einem 3-Phasenmotor werden die um 120° phasenverschobenen Statorspulen mit dreiphasigem Wechselstrom gespeist, und die Spulen – elektromagnetische Stahlbleche – wirken als Elektromagneten und bilden ein Magnetfeld in der elektrischen Maschine. Die Polarität des Elektromagneten wird durch die Richtung des in der Spule fließenden Stroms und das Rechtsgewindegesetz bestimmt.
Da die Wechselstromversorgung mit der Zeit phasenverschoben wird, dreht sich die Richtung des Magnetfelds mit der Zeit.
Es ist zu erkennen, dass sich die Richtung des Magnetfeldes des Stators ändert, wenn sich die Phasen der U-, V- und W-Phasen des dreiphasigen Wechselstromnetzes ändern.
Das rotierende Magnetfeld erzeugt Wirbelströme auf dem Rotor, und die Wirbelströme und das Magnetfeld erzeugen eine Kraft auf den Rotor. Infolgedessen wird an der rotierenden Motorwelle eine Kraft erzeugt. Die Richtung der Rotationskraft des Motors wird durch die Flemingsche Regel bestimmt.
Die Geschwindigkeit des rotierenden Magnetfelds, wenn sich der Rotor dreht, wird als Synchrondrehzahl bezeichnet. Die Synchrondrehzahl kann aus der Frequenz der Stromversorgung und der Anzahl der Statorpole berechnet werden.
Die tatsächliche Drehzahl des Rotors ist etwas langsamer als die Synchrondrehzahl. Das liegt daran, dass erst dann, wenn der magnetische Fluss die Rotorleiter kreuzt, ein induzierter Strom erzeugt wird, der den Rotor in Drehung versetzt.
Die Differenz zwischen der Synchrondrehzahl und der tatsächlichen Drehzahl wird als Schlupf bezeichnet. Der Schlupf nimmt mit steigendem Lastmoment zu. Die Leistung (W) eines Motors kann anhand der Nenndrehzahl und des Nenndrehmoments berechnet werden.
Weitere Informationen zu 3-Phasenmotoren
1. Verdrahtung von 3-Phasenmotoren
Die Verdrahtung von 3-Phasenmotoren unterscheidet sich je nach Anlaufmethode. Hier werden vier verschiedene Anlaufmethoden vorgestellt.
Direktanlauf
Bei dieser Methode wird der Drehstrom über ein elektromagnetisches Schütz direkt an die Klemmen des 3-Phasenmotors angelegt. Die Verdrahtung ist einfach, aber der Strom, der während des Anlaufs durch den Motor fließt (Anlaufstrom), ist um ein Mehrfaches höher als der Nennstrom.
Er wird häufig für Motoren mit geringer Leistung und niedrigem Anlaufstrom verwendet.
Stern-Dreieck-Anlauf
Hierbei handelt es sich um eine Startmethode, bei der der Motor in Sternschaltung gestartet und dann auf Dreieckschaltung umgeschaltet wird.
Es gibt zwei Arten der Motorverdrahtung: Stern- und Dreieckverdrahtung. Die Sternschaltung erfordert einen um 1/3 geringeren Anlaufstrom als die Dreieckschaltung und ist daher die Anlaufmethode für 3-Phasenmotoren mit höherer Stromstärke.
Der Klemmenkasten eines Motors mit Stern-Dreieck-Anlaufsystem hat sechs Klemmen U, V, W und X, Y, Z. Die dreiphasige Stromversorgung wird an UVW bzw. XYZ angeschlossen. Außerhalb der Statorwicklungen befindet sich eine Schaltung mit einem kombinierten elektromagnetischen Schütz und Zeitschalter, die automatisch zwischen Stern- und Dreieckschaltung umschaltet.
Anfahren mit Drossel
Während des Anlaufs ist eine Drossel zwischen den 3-Phasenmotor und die Stromversorgung geschaltet, und der Stromkreis der Drossel wird einige Zeit nach dem Anlauf durch ein elektromagnetisches Schütz und eine Zeitschaltuhr unterbrochen.
Start mit Wechselrichter
Ein Wechselrichter ist ein elektrisches Gerät, das die Drehzahl eines 3-Phasenmotors steuert. Er kann die Leistung und Frequenz der dreiphasigen Wechselstromversorgung nach Belieben ändern.
Durch den Einbau eines Wechselrichters kann der Motor mit einer niedrigen Frequenz von wenigen Hz gestartet und der Anlaufstrom reduziert werden.
2. Drehzahl von 3-Phasenmotoren
Die Formel für die Berechnung der Drehzahl lautet: 120 x Frequenz des Wechselstromnetzes ÷ Anzahl der Pole.
Bei einem 4-poligen Motor mit einer Netzfrequenz von 50 Hz beträgt die Drehzahl zum Beispiel 120 x 50 ÷ 4 = 1500 U/min.
3-Phasenmotoren drehen sich jedoch mit einer leichten Verzögerung gegenüber der Netzfrequenz. Diese Verzögerung wird als Schlupfverhältnis ausgedrückt. Wenn das Schlupfverhältnis 5 % beträgt, ist die Drehzahl 1500 x (1-0,05) = 1425 U/min.
Um die Drehzahl eines 3-Phasenmotors zu regeln, muss entweder die Frequenz oder die Anzahl der Pole geregelt werden, aber die Anzahl der Pole kann aufgrund der Struktur des Motors nicht geändert werden. Daher wird die Drehzahl durch Änderung der Frequenz geregelt. Derzeit werden Umrichter zur Steuerung der Drehzahl von 3-Phasenmotoren verwendet.