Elektrische Maschinen

Der Universalmotor ist ein Reihenschlussmotor.

Das Ständerblechpaket des Universalmotors besteht aus Dynamoblech um Wirbelstromverluste im AC Einsatz zu verringern.

Die Leistung gegenüber dem DC Betrieb wird um ca. 15% vermindert. (Um dem entgegenzu wirken ist die Erregerwicklung mit verschiedenen Anzapfungen versehen (für DC und AC Betrieb))

Verhält sich wie Reihenschlussmotor und neigt im Leerlauf zum durchgehen -> muss starr mit anzutreibender Maschine verbunden werden

Drehzahlstellung durch Phasenanschnittssteuerung

A1 - A2

B1 - B2

C1 - C2

D1 - D2

E1 - E2

F1 - F2

L : Netzanschluss

R : Ankerkreis

M : Nebenschluss

s : Nebenschlusswicklung

t : Netzanschluss

q : Kontakt zum kurzschließen d. Erregerwicklung bei Generatorbetrieb

Parallel zur Ankerwicklung

\(n_0 = \frac{f\cdot60}{p}\) \([min^{-1}]\)

f = Netzfrequenz

p = Polpaarzahl

Stator ist gleich wie bei DSK

Läufer aus drei aus Draht gewickelten Wicklungen und meist im Stern verschaltet. (offene) Läuferwicklungsenden an Schleifringe angeschlossen und über Kohlebürsten nach Außen geführt. Klemmen K, L, M

Läuferwicklung hat geringen Leiterquerschnitt und viele Wicklungen -> relativ hoher Wirkwiderstand und hohe induzierte Spannung. (Gewickelte Läuferwicklung reduziert Anlaufstrom auf 1,2-1,5 x I_N)

_{Hoher Wirkwiderstand bewirkt geringe Phasenverschiebung zwischen Läuferspannung und -strom. Dadurch steigt das Anlaufmoment erheblich. Beim Anlauf können zusätzlich noch Widerstände in den Läuferkreis geschaltet werden, die die Phasenverschiebung weiter reduzieren machen. Nach erreichen Nenndrehzahl werden die Wicklungen kurzgeschlossen -> Motor dann wie Kurzschlussläufer}

Entwickeln sehr hohes Anzugsmoment -> können unter Last anlaufen

geringe Anlaufströme von nur 1,2-1,5 x I_N

Schlupfdrehzahlsteuerung unter Last möglich (bei größeren Leistungen aufgrund von Verlustleistung an Widerständen unwirtschaftlich)

1. gelegentlich: 60A (max. 4 Anläufe pro Tag)
2. häufiger: 22A (max. 3 Anläufe pro Stunde)
3. öfters: 18A (max. 6 Anläufe pro Stunde)

Die sehr hohen Anlaufmomente (starkes Beschleunigungsmoment) führt zu erhöhter Belastung und Verschleiß an Kupplungen, Riemen, Ketten usw.

Durch Widerstände oder Spulen wird die Spannung beim Anlaufen herabgesetzt. Der Anlaufstrom geht proportinal mit der Spannung zurück. Leistung und Drehmoment nehmen quadratisch ab.

nach Hochlaufen werden de Anlasser überbrückt.

PROBLEM:

bei Widerständen: Verlustleistung sehr hoch.

bei Spulen: Leistungsfaktor \(cos \varphi\) wird schlecht

Kurzschlussläufer Sanft Anlauf

in einen Außenleiter wird beim Anlaufen Widerstand eingesetzt welcher Spannungs- und Stromreduzierung zur Folge hat (in den anderen beiden Außenleitern wird der Strom erhöht) und somit das Drehmoment im Anlauf reduziert. (Stromaufnahme bleibt gleich)

1. direkt Anlauf
2. Stern/Dreieck Anlauf
3. Softstarter
4. Frequenzumrichter
5. (Anlauftransformator)
6. (Ständeranlasser)

()=alte Verfahren, nur noch im Bestand

Die Spannung an den Ständerwicklungen wird mit Hilfe eines Transformators herab gesetzt. Leistung und Anlaufstrom (welchen das Versorgungsnetz speisen muss) gehen quadratisch zurück.

Verluste bei diesem Verfahren sind sehr gering

ABER: Trafos sind sehr teuer -> Verwendung nur bei sehr großen Nennleistungen S(und auch das heute wohl eher nicht mehr)

Ein Motor wird erst in Sternschaltung gestartet, wenn er hochgelaufen ist wird auf Dreieck Betrieb umgeschaltet. Dadurch reduziert sich sein initialer Anlaufstrom auf 1/3 des Nennstroms im Dreieck.

Vorraussetzungen:

• Motor braucht Strangspannung = Netzspannung
• im Umschaltaugenblick kommt es zu Stromspitze (diese muss Grenzwert auch einhalten)
• Leistung in Sternbetrieb nur 1/3 (Anlauf unter Last möglicherweise nicht möglich)

Motorschutzrelais in Strang montieren -> Einstellwert = \(\frac{I_B}{\sqrt{3}}\)

Ein Softstarter erhöht mit Hilfe von antiparallel geschalteten Thyristorenpaaren langsam die Spannung (Phasenanschnittsteuerung). Aus der geringeren Spannung folgt ein reduzierter Anlaufstrom sowie ein geringes Anlaufmoment.

• Kann sowohl zum sanften Anlauf
• sanften Stoppen verwendet werden. (Drehmoment wird langsam abgesenkt) (vermeiden von Hydraulischen Schlägen)
• Rampenzeiten können meist eingestellt werden.
• höherwertige Geräte: Stromüberwachung (Spannung wird nur erhöht wenn max Strom nicht überschritten wird)

"2-phasige" : mit 2 Sätzen von antiparallel geschalteten Thyristoren (ein Außenleiten bleibt ungeregelt)

"3-Phasige" : mit 3 Stätzen von antiparallel geschalteten Thyristoren (höher wertige Geräte, meist auch mit Stromüberwachung)

Auswahl: wird eine Maschine mit Softstarter öfters (6x/h oder häufiger) gestartet Softstarter eine Leistungsstufe höher auswählen)

Betrieb: Wird Softstarter nur zum An-/Auslauf verwendet, kann er während des Normal Betriebs über ein Bypass-Schütz überbrückt werden um Leistungsverluste zu reduzieren.

FU - Umrichter (Spannungszwischenkreisumrichter) Kondensator im Zwischenkreis

FI - Umrichter (Stromzwischenkreisumrichter) Spule im Zwischenkreis

1. Brückengleichrichterschaltung wandelt speisende Spannung in Gleichspannung
2. Zwischenkreis speichert Gleichspannung (entkoppelt starres Versorgungsnetz von variablem Ausgangsnetz)
3. Wechselrichter macht mit Hilfe von PWM ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz mit veränderlicher Spannung und Frequenz

• sanftes Beschleunigen auf gewünschte Drehzahl möglich
• Drehmoment von n₀ bis n_N konstant
• Drehzahlsteuerung bei Drehstrommaschinen (auch über Nenndrehzahl hinaus - Oberhalb Nenndrehzahl nimmt Drehmoment ab)
• Reduzierung von Anlaufströmen
• Energieeinsparung (stelle nur die Leistung zur Verfügung die auch benötigt wird)

• Es werden Oberwellen erzeugt, welche zu höheren Verlusten in Wicklung und Blechpaket führen (Leistung von Typenschild kann nicht voll abgerufen werden (5-10% Leistungsabschlag)
• Motor wird stärker erwärmt und muss bei Betrieb < n_N mit Fremdkühlung versehen werden
• EMV Maßnahmen müssen eingehalten werden (Geschirmte Leitung an Abgangsseite bis zum Motor verwenden)
• Risiko von Gleichfehlerströmen -> FI Typ B (Hersteller angaben beachten)
• Lebensgefahr nach dem Abschalten: Rückspannung durch Zwischenkreiskondensator -> Entladezeiten beachten!
• Netzfilter(Drossel) Eingangsseitig von Frequenzumrichter! (reduziert Netzrückwirkungen)
• Thermistor Motorschutz verwenden (Wicklungstemperatur direkt überwachen). MSS/MSR nicht zulässig!

Der Chopperwiderstand setzt zurückgespeiste Energie vom Motor (Läuferdrehzahl > Drehfelddrehzahl = generatorischer Betrieb(im Bremsbetrieb)) in Wärme um.

Er dient auch als Entladewiderstand für den Zwischenkreiskondensator wenn der Frequenzumrichter ausgeschaltet wird.