Lernfeld 7 · Prüfung Teil 2

Leistungsschild, Betriebsarten und Wirkungsgrad

Leistungsschild eines Motors lesen: Bemessungsdaten, Betriebsarten S1 bis S10, Wärmeklasse, Schutzart, IE-Effizienzklassen und Wirkungsgrad berechnen.

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Darum geht es

Das Leistungsschild nach DIN EN 60034-1 beschreibt den Motor im Bemessungsbetrieb. Die Bemessungsleistung ist immer die abgegebene mechanische Leistung an der Welle. Dazu kommen Bemessungsspannung mit Schaltung, etwa 400/690 V Δ/Y, Bemessungsstrom, Leistungsfaktor, Frequenz, Drehzahl, Betriebsart, Wärmeklasse, Schutzart und bei Netzmotoren die Effizienzklasse. Die Werte gelten bis 40 °C Kühlmitteltemperatur und 1000 m Aufstellhöhe; darüber muss die Leistung nach Herstellerangabe herabgesetzt werden.

Die Betriebsart sagt, wie der Motor belastet wird. S1 ist Dauerbetrieb bis zur Beharrungstemperatur, S2 Kurzzeitbetrieb mit anschließender Abkühlung, S3 Aussetzbetrieb mit relativer Einschaltdauer, S6 durchlaufender Betrieb mit Last- und Leerlaufzeiten, S9 nichtperiodische Last, wie sie am Umrichter vorkommt. Die Wärmeklasse, zum Beispiel 155 (F), nennt die Höchsttemperatur des Isoliersystems. Schutzart, Kühlart und Bauform stehen als Kurzzeichen wie IP55, IC 411 und IM B3 auf dem Schild.

Aus den Schilddaten berechnest du die aufgenommene Wirkleistung und damit Wirkungsgrad und Verluste. Die Effizienzklassen IE1 bis IE5 nach IEC 60034-30-1 stufen den Wirkungsgrad ein. Die EU-Ökodesign-Verordnung 2019/1781 verlangt für die meisten neuen Netzmotoren von 0,75 bis 1000 kW mindestens IE3, für zwei- bis sechspolige Motoren von 75 bis 200 kW IE4. Weil die Energiekosten im Dauerbetrieb den Kaufpreis um ein Vielfaches übersteigen, lohnt sich die höhere Klasse meist schnell.

Das solltest du dir merken

Die Schildleistung ist die abgegebene Wellenleistung.
Die Bemessungsdaten gelten bis 40 °C und 1000 m Aufstellhöhe.
Ein Motor für S3 darf nicht dauernd mit Bemessungsleistung laufen.
Bei Teillast sinken Leistungsfaktor und Wirkungsgrad.
Seit Juli 2023 brauchen Motoren von 75 bis 200 kW mit 2 bis 6 Polen in der EU IE4.

Formeln

Aufgenommene Wirkleistung: $P_{1} = 3 \cdot U \cdot I \cdot cos φ$; $U$ Außenleiterspannung in V, $I$ Außenleiterstrom in A, $P_{1}$ in W
Wirkungsgrad: $η = \frac{P _{2}}{P _{1}}$; $P_{2}$ abgegebene Leistung vom Leistungsschild, $P_{1}$ aufgenommene Wirkleistung
Verlustleistung: $P_{v} = P_{1} - P_{2} = \frac{P _{2}}{η} - P_{2}$; $P_{v}$ Summe aller Verluste in W

Typische Fehler in der Prüfung

Die Schildleistung als aufgenommene elektrische Leistung verwendet.
Verluste als (1 - η) mal abgegebene Leistung gerechnet statt bezogen auf die aufgenommene.
Wärmeklasse 155 als zulässige Umgebungstemperatur gelesen.

Tipps aus der Werkstatt

Die Leistung auf dem Leistungsschild ist die abgegebene Wellenleistung, nicht die aufgenommene. Für den Wirkungsgrad rechnest du die aufgenommene Leistung aus Spannung, Strom und cos φ mit Wurzel 3. Und Verluste sind P2 geteilt durch η minus P2, nicht (1 − η) mal P2.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

13 Aufgaben zu „Leistungsschild, Betriebsarten und Wirkungsgrad“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Maschinen und Antriebstechnik, Lernfeld 7 (Betriebsverhalten elektrischer Maschinen analysieren); DIN EN 60034-1, IEC 60034-30-1, Verordnung (EU) 2019/1781. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.