Lernfeld 8 · Prüfung Teil 2

Motorarten, Bauformen und Leistungsschild

Drehstrom-Asynchronmotor, Synchronmotor und Leistungsschild erklärt: Drehzahl, Schlupf, Drehmoment, Wirkungsgrad und Getriebe.

31 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Der Drehstrom-Asynchronmotor ist der häufigste Antrieb in der Industrie. Die Ständerwicklung erzeugt ein Drehfeld, dessen synchrone Drehzahl von Netzfrequenz und Polpaarzahl abhängt. Der Läufer dreht etwas langsamer, sonst würde in ihm keine Spannung induziert. Diesen Unterschied nennt man Schlupf. Synchronmotoren, etwa permanenterregte, laufen genau mit der Drehfeldrehzahl, haben einen besseren Wirkungsgrad und brauchen in der Regel einen Umrichter.

Auf dem Leistungsschild steht die Bemessungsleistung. Gemeint ist immer die abgegebene mechanische Leistung an der Welle. Die aufgenommene elektrische Leistung ist um die Verluste größer; das Verhältnis beider ist der Wirkungsgrad. Weitere Angaben sind Bemessungsspannung und Schaltung (zum Beispiel 400/690 V Δ/Y), Bemessungsstrom, Leistungsfaktor, Drehzahl, Schutzart, Wärmeklasse und Bauform wie IM B3 (Füße) oder IM B5 (Flansch).

Aus Leistung und Drehzahl berechnest du das Drehmoment. Ein Getriebe setzt die Drehzahl um den Faktor der Übersetzung herab und das Drehmoment ungefähr um denselben Faktor herauf, abzüglich der Getriebeverluste.

Zur Auswahl gehört auch die Lastkennlinie. Ein Förderband braucht ein etwa konstantes Moment, ein Lüfter oder eine Kreiselpumpe ein Moment, das quadratisch mit der Drehzahl steigt.

Das solltest du dir merken

Leistungsschild nennt die abgegebene mechanische Leistung.
Synchrone Drehzahl hängt nur von Frequenz und Polpaarzahl ab.
Ein Asynchronmotor läuft immer mit Schlupf etwas unter der Drehfelddrehzahl.
Getriebe senkt die Drehzahl und erhöht das Drehmoment.
Lüfter und Kreiselpumpen haben ein quadratisch steigendes Lastmoment.

Formeln

Synchrone Drehzahl: $n_{s} = \frac{f \cdot 60}{p}$; $n_{s}$ in min⁻¹, $f$ Frequenz in Hz, $p$ Polpaarzahl
Schlupf: $s = \frac{n _{s} - n}{n _{s}} \cdot 100 %$; $n$ Läuferdrehzahl in min⁻¹
Drehmoment aus Leistung und Drehzahl: $M = \frac{9550 \cdot P}{n}$; $M$ in Nm, $P$ abgegebene Leistung in kW, $n$ Drehzahl in min⁻¹
Aufgenommene Leistung und Wirkungsgrad: $P_{1} = 3 \cdot U \cdot I \cdot cos φ, η = \frac{P _{2}}{P _{1}}$; $P_{1}$ aufgenommene, $P_{2}$ abgegebene Leistung in W, $U$ Außenleiterspannung in V, $I$ Strom in A
Getriebe: $i = \frac{n _{1}}{n _{2}}, M_{2} = M_{1} \cdot i \cdot η_{G}$; $i$ Übersetzung, $n_{1}$ Antriebs-, $n_{2}$ Abtriebsdrehzahl, $η_{G}$ Getriebewirkungsgrad

Typische Fehler in der Prüfung

Die Leistung vom Leistungsschild als aufgenommene elektrische Leistung verwendet.
Polzahl statt Polpaarzahl in die Drehzahlformel eingesetzt.
Beim Getriebe das Drehmoment durch die Übersetzung geteilt statt multipliziert.

Probier eine Aufgabe aus

Eigene Zahlen bei jedem Klick, nach deiner Antwort der komplette Lösungsweg.

Probier es aus

Zufallszahlen

Ein Drehstrommotor nimmt am $400 V$ -Netz laut Typenschild $I = 3, 5 A$ bei $cos φ = 0, 85$ auf; sein Wirkungsgrad beträgt $η = 88 %$ . Welche mechanische Leistung gibt er an der Welle ab? Geben Sie das Ergebnis in Kilowatt an, auf zwei Nachkommastellen.

Tipps aus der Werkstatt

Typenschild 230/400 V Δ/Y: Die erste Spannung gehört zur ersten Schaltung. Die kleinere Spannung ist die Strangspannung. Am 400-V-Netz also Stern, Dreieck würde die Wicklung mit √3-facher Spannung zerstören. 400/690 V Δ/Y dagegen läuft am 400-V-Netz in Dreieck.
Synchrondrehzahl: n_s = 60 · f / p mit der Polpaarzahl p, nicht der Polzahl. Vier Pole sind zwei Polpaare. Am 50-Hz-Netz gilt die Treppe 3000, 1500, 1000, 750 min⁻¹. Der Schlupf ist die Differenz zur Bemessungsdrehzahl, bezogen auf die Synchrondrehzahl, typisch wenige Prozent.
Die Leistung auf dem Leistungsschild ist immer die abgegebene mechanische Leistung an der Welle. Die aufgenommene elektrische Leistung ist √3 · U · I · cos φ, der Wirkungsgrad ist das Verhältnis beider. Das Drehmoment holst du über M = P / (2 · π · n) mit n in Umdrehungen je Sekunde, oder mit der Faustformel M = 9550 · P / n (P in kW, n in min⁻¹).

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

31 Aufgaben zu „Motorarten, Bauformen und Leistungsschild“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

Jetzt üben

Grundlage: Rahmenlehrplan Elektroniker/-in (KMK), Lernfeld 8; DIN EN 60034-1 (Drehende elektrische Maschinen), DIN EN 60034-7 (Bauformen). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.