Lernfeld 10 · Prüfung Teil 2

Elektrische Antriebe und Motoren

Drehstrom-Asynchronmotor im Industriebetrieb: Drehfelddrehzahl, Schlupf, Drehmoment, Stern-Dreieck, Typenschild und Frequenzumrichter erklärt.

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Darum geht es

Förderbänder, Pumpen und Lüfter treibt im Betrieb meist ein Drehstrom-Asynchronmotor an. Die drei Wicklungen im Ständer erzeugen ein Drehfeld, dessen Drehzahl von der Netzfrequenz und der Polpaarzahl abhängt. Ein vierpoliger Motor hat zwei Polpaare. Der Läufer dreht immer etwas langsamer als das Drehfeld, sonst würde in ihm kein Strom induziert. Diesen Unterschied nennt man Schlupf.

Das Typenschild nennt Nennleistung, Nennspannung, Nennstrom, Nenndrehzahl, Leistungsfaktor, Schaltung und Schutzart. Die Nennleistung ist die abgegebene Leistung an der Welle. Steht dort 400/690 V Δ/Y, verträgt jeder Wicklungsstrang 400 V; am 400-V-Netz wird der Motor deshalb im Dreieck geschaltet. Die Drehrichtung kehrst du um, indem du zwei Außenleiter tauschst. Der Motorschutzschalter wird auf den Nennstrom vom Typenschild eingestellt.

Ein Frequenzumrichter verändert Frequenz und Spannung. Damit lassen sich Drehzahl stufenlos verstellen, sanft anfahren und bremsen, und der Anlaufstrom bleibt klein. Vor Arbeiten am Antrieb gelten die fünf Sicherheitsregeln, und am Umrichter musst du die Entladezeit der Zwischenkreiskondensatoren abwarten, bevor du Spannungsfreiheit feststellst.

Das solltest du dir merken

Die Polpaarzahl ist die halbe Polzahl, ein vierpoliger Motor hat $p = 2$ .
Der Läufer dreht um den Schlupf langsamer als das Drehfeld.
Zwei Außenleiter tauschen kehrt die Drehrichtung um.
Die kleinere Spannung auf dem Typenschild gehört zum Dreieck, die größere zum Stern.
Die Leistung auf dem Typenschild ist die abgegebene Wellenleistung.

Formeln

Drehfelddrehzahl: $n_{s} = \frac{f \cdot 60}{p}$; $n_{s}$ in 1/min, $f$ Frequenz in Hz, $p$ Polpaarzahl
Schlupf: $s = \frac{n _{s} - n}{n _{s}}$; $s$ Schlupf (mal 100 in Prozent), $n_{s}$ Drehfelddrehzahl, $n$ Läuferdrehzahl in 1/min
Drehmoment (Zahlenwertgleichung): $M = \frac{9550 \cdot P}{n}$; $M$ in Nm, $P$ in kW, $n$ in 1/min
Leistungsaufnahme am Drehstromnetz: $P_{z u} = 3 \cdot U \cdot I \cdot cos φ$; $P_{z u}$ in W, $U$ Außenleiterspannung in V, $I$ Strom in A, $cos φ$ Leistungsfaktor; abgegeben $P_{ab} = P_{z u} \cdot η$

Typische Fehler in der Prüfung

Polzahl statt Polpaarzahl eingesetzt; die Drehzahl ist dann nur halb so groß.
Abgegebene Leistung vom Typenschild direkt in die Stromformel eingesetzt, ohne den Wirkungsgrad zu berücksichtigen.
Motor mit 400/690 V Δ/Y am 400-V-Netz im Stern geschaltet; er bringt dann nur ein Drittel seines Moments.
Motorschutz auf einen höheren Wert als den Nennstrom eingestellt.

Tipps aus der Werkstatt

Die Drehzahl eines Drehstrom-Asynchronmotors hängt von der Netzfrequenz und der Polpaarzahl ab: 50 Hz mit zwei Polen ergeben 3000/min synchron, der Läufer dreht etwas langsamer (Schlupf). Mit dem Frequenzumrichter stellst du die Drehzahl stufenlos ein.

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15 Aufgaben zu „Elektrische Antriebe und Motoren“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Industriemechaniker, Lernfeld 10 (Herstellen und Inbetriebnehmen von technischen Systemen). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.