Lernfeld 7 · Prüfung Teil 2

Kennlinien und Betriebspunkte

Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie des Asynchronmotors, Lastkennlinien und Betriebspunkt: Anlauf-, Sattel- und Kippmoment, Hochlauf und Unterspannung.

13 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie zeigt, welches Moment ein Motor bei jeder Drehzahl abgeben kann. Beim Asynchronmotor beginnt sie im Stillstand mit dem Anlaufmoment, sinkt oft auf das Sattelmoment, steigt zum Kippmoment und fällt dann steil bis null bei synchroner Drehzahl. Auf diesem steilen Ast liegt der Bemessungspunkt. Normmotoren erreichen ein Kippmoment vom Zwei- bis Dreifachen des Bemessungsmoments. Stromverdrängungsläufer, etwa mit hohen Stäben oder Doppelkäfig, erhöhen das Anlaufmoment und dämpfen den Anlaufstrom.

Jede Arbeitsmaschine hat ihre eigene Lastkennlinie. Hubwerke und Förderbänder brauchen ein etwa konstantes Moment, Lüfter und Kreiselpumpen ein Moment, das quadratisch mit der Drehzahl steigt, Wickler bei konstanter Leistung ein mit der Drehzahl fallendes Moment. Der stationäre Betriebspunkt liegt im Schnittpunkt von Motor- und Lastkennlinie. Stabil ist er nur auf dem Ast zwischen Kipppunkt und synchroner Drehzahl. Die Differenz beider Kennlinien ist das Beschleunigungsmoment: Ist es klein, dauert der Hochlauf lange; ist es irgendwo negativ, bleibt der Motor hängen.

Das Moment des Asynchronmotors wächst mit dem Quadrat der Spannung. Schon 10 % Unterspannung kosten fast 20 % Anlauf- und Kippmoment, was bei langen Leitungen oder schwachen Netzen über den Anlauf entscheidet. Am Frequenzumrichter verschiebt sich die Kennlinie bei konstantem Verhältnis von Spannung zu Frequenz parallel; oberhalb der Eckfrequenz folgt der Feldschwächbereich mit sinkendem Moment.

Das solltest du dir merken

Der Betriebspunkt ist der Schnittpunkt von Motor- und Lastkennlinie.
Stabil läuft der Motor nur zwischen Kipppunkt und synchroner Drehzahl.
Das Drehmoment wächst mit dem Quadrat der Spannung.
Beschleunigungsmoment ist Motormoment minus Lastmoment.
Bei Lüftern und Pumpen steigt die Leistung mit der dritten Potenz der Drehzahl.

Formeln

Moment bei geänderter Spannung: $M^{'} = M \cdot (\frac{U ^{'}}{U _{N}})^{2}$; $M$ Moment bei Bemessungsspannung $U_{N}$ , $M^{'}$ Moment bei der Spannung $U^{'}$
Beschleunigungsmoment: $M_{b} = M_{M} - M_{L}$; $M_{M}$ Motormoment, $M_{L}$ Lastmoment bei derselben Drehzahl, alles in N·m
Strömungsmaschinen: $M \sim n^{2}, P \sim n^{3}$; $M$ Lastmoment, $P$ Leistung, $n$ Drehzahl von Lüfter oder Kreiselpumpe

Typische Fehler in der Prüfung

Angenommen, das Moment sinke bei Unterspannung nur linear mit der Spannung.
Den Betriebspunkt auf den instabilen Ast unterhalb der Kippdrehzahl gelegt.
Beim Hochlauf nur das Anlaufmoment geprüft und das kleinere Sattelmoment übersehen.

Tipps aus der Werkstatt

Faustregel für Unterspannung: Das Moment sinkt mit dem Quadrat der Spannung. 10 % weniger Spannung heißen fast 20 % weniger Anlauf- und Kippmoment. Läuft ein schwer belasteter Motor an einer langen Leitung nicht hoch, miss zuerst die Spannung an den Klemmen während des Anlaufs.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

13 Aufgaben zu „Kennlinien und Betriebspunkte“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

Jetzt üben

Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Maschinen und Antriebstechnik, Lernfeld 7 (Betriebsverhalten elektrischer Maschinen analysieren); DIN EN 60034-1, DIN EN 60034-12. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.