Motoren, Transformatoren

Die Verluste beim ASM setzen sich zusammen aus:
- Statorverluste (Eisenverluste (Ummagnetisierungs- + Wirbelstromverluste) und
- Kupferverluste (Ohmscher Widerstand = Wärme) und
- Rotorverlusten (Wirbelströme und ohmsche Verluste) Die Rotorverluste sind proportional dem Schlupf. Z.B. 3% Schlupf = Verluste 3% der abgegebenen Leistung

Bei Motoren mit Leistungen um 100 kW beträgt der Wirkungsgrad rund 95%, d.h. dass ca. 5kW Verluste in Form von Wärme anfallen. Bei einem entsprechenden Bedarf an Warme ist es sinnvoll und rentabel diese Abwärme zu nutzen. Beispiel: Bei Luftkompressoren kann die Abwärme der Zuluft der Lüftungsanlage beigemischt werden.

Die am häufigsten eingesetzten Motoren sind Drehstrorn-Asynchronmotoren.
Vorteile:

- einfacher Aufbau,
- günstiger Preis,
- kurzzeitig überlastbar,
- wartungsarm
- mit moderner Elektronik problemlos steuer- und regelbar (FU)

Der Asynchrongenerator gibt Leistung ab, indem er auf Drehzahlen über der synchronen Drehzahl angetrieben wird. Dadurch speist er ins Netz zurück. Der Asynchrongenerator kann jedoch keine Blindleistung abgeben.

Stern-Dreieck-Anlauf,
Anlasswiderstände,
Anlassdrosseln,
Anlasstransformatoren,
elektronische Sanftanlasser,
Frequenzumrichter,

Läuferseitige Massnahmen (Sondernutformen, Schleifringläufer):
 - kleineren Anlaufstrom
-  gleichzeitig erhöhtes Drehmoment.

Ständerseitige Massnahmen:
- kleinerer Anlaufstrom
-  immer auch eine Drehmomentreduktion

- 2 getrennte Wicklungen

- Frequenzumrichter

- Dahlanderschaltung

- Phasen Amplitudenmodulation

Der Schleifringiäuferrnotor hat einen gewickelten Rotor. Die Wicklungsenden sind über Schleifringe auf den feststehenden Teil geführt. im Anlauf lassen sich dadurch Wirkwiderstände in Serie zur Rotorwicklung schalten. Dadurch wird das Moment erhöht bei gleichzeitiger Stromabnahme.

Der Ständer des Spaltpolmotors besteht aus Haupt- und Spaltpol Um den Spaltpol sind Kurzschlussringe angebracht, die eine Verzögerung der Flussänderung im Spaltpol bewirken Das Feld des Spaltpols eilt deshalb dem Hauptfeld nach. Es entsteht ein eliptisches Drehfeld in diesem Drehfeld ist ein Kurzschlussläufer angebracht. der asynchron zum Drehfeld angetrieben wird.

Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von abgegebener mechanischer Leistung zu aufgenomener elektrischer Wirkleistung.

Eisen-, Kupfer- und mechanische Wärmeverluste

Die Eisenverluste setzen sich zusammen aus Wirbelstromverlusten und Ummagnetisierungsverlusten.

Dies hängt stark von der Nennleistung ab. Bei kleinen Motoren beträgt der Wirkungsgrad etwa 75 %, bei grossen Motoren bis ca. 95%

Da ein Transformator keine rotierenden Teile besitzt kann es optimaler gebaut Werden. Vor allem der Luftspalt von Stator zu Rotor beim direkt anlaufenden Motor verschlechtert den Wirkungsgrad. Wird der Transformator jedoch zu klein dimensioniert, treten Probleme mit der Kühlung auf.

Dies hängt vom Rotor des direkt anlaufenden Motor ab.
Beim Rundstabläufer beträgt der Anlaufstrom das ca. 6-8-fache.
Bei den Sondernutenformen kann dieser Wert auf das ca. 2,5 bis 4-fache des Nennstroms reduziert werden.

- Ständerseitige Massnahmen; Stern-Dreieck, elektronischer Sanftanlasser, Anlasswiderstände, Anlasstransformator, Anlassdrosseln, FU
- Läuferseitige Massnahmen: Sondernutformen, Schleifringläufer

Immer vom Hauptpol Richtung Spaltpol.

Verbesserte Anlaufbedingungen, Verringerung des Sattelmomentes, kleinere Rüttelkräfte, Geräusche und Bremsungen (= ruhigerer Lauf)

s.Bild

Motoren werden so gebaut, dass sie bei Nennleistung den besten Wirkungsgrad aufweisen.

je nach Leistung zwischen 75% bis 96% bei 1 kW ca. 80 – 90% der Wirkungsgrad steigt mit zunehmender Motorenleistung.

Drehstrom-Asynchronmotor Drehstrom-Synchronmotor Universalmotor Spaltpolmotor Gleichstrommotoren (Reihen, Neben, Compound), Schrittmotoren, Linearmotoren, Einphasen-Asynchronmotoren mit Hilfswicklung. Etc,

Frequenzumrichter, Änderung der Polzahlen

Die Ständerwicklungen erzeugen mittels Drehstrom ein rotierendes Magnetfeld. Die kurzgeschlossenen Läuferstäbe werden von diesem Magnetfeld geschnitten. Dadurch wird im Stab eine Spannung induziert die einen Strom hervorruft, der nach der Lenzschen Regel der Ursache entgegenwirkt. Dadurch entsteht eine Kraftwirkung Zwischen Rotor und Stator -> der Motor dreht sich.

Da im Moment des Anlaufes der Rotor steht wird ın den Lauferstaben mit 50Hz eine Spannung induziert, Da die Stäbe kurzgeschlossen sind, fliesst ein hoher Strom. Nach erfolgtem Hochlauf wird nur noch eine Spannung mit wenigen Hz induziert, was einen kleineren Strom Zur Folge hat.

Es treten folgende Verluste auf: (% Angaben können abweichen) Reibung 6%, Lüftung 5%, Wicklungserwärmung 10%, Eisenerwärmung (Ummagnetisierung) 4%.

S.bild

Im Moment des Anlaufens: 50 Hz Bei Nenndrehzahl: ca. 2-5 Hz (Abhängig vom Schlupf)

Die Verluste setzen sich aus Eisenverlusten und Wicklungsverlusten zusammen. Der Wirkungsgrad ist ausserdem stark vom cos p abhängig.

Beispiel:
cos p = 1 -> Wirkungsgrad = 90 %
cos p = 0.2 -> Wirkungsgrad = 70 %

Der Wirkungsgrad ist am besten bei einem Leistungsfaktor der angeschlossenen Verbraucher von cos p = 1 und einer Belastung des Transformators zwischen 40% - 120% der Nennleistung.

Die maximale Drehzahl mit Netzfrequenz beträgt 3000 min-1. Mit einem Frequenzumrichter lassen sich Motoren jedoch auch mit wesentlich höheren Frequenzen ansteuern. (Moderner FU bis 400 Hz) Eine Drehzahl von 9000 min-1 lässt sich also erreichen, jedoch können Probleme wegen Unwucht, Vibration und verringertem Drehmoment auftreten.

Rundstab, Doppelkäfig, Tiefnut, Keilnut
Eigenschaften der Sondernutformen: höheres Anzugsmoment, kleineres Kippmoment, kleinerer Anlaufstrom, weicheres Drehzahlverhalten

Im Parallelbetrieb läuft er als Motor am Netz mit und wird mit zugeführter mechanischer Energie über die Synchrondrehzahl beschleunigt. Dadurch wird Energie ins Netz eingespiesen.
Im Inselbetrieb werden Kondensatoren parallel zum Motor geschaltet.

Als übliche Lösungen kommen in Betracht:
- FU (Scheinleistungsabgabe mind. so gross wie Scheinleistungsaufnahme von Motor)
- Kondensator (ca. 70 μF)