Eine Maschine, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, wird als Elektromotor bezeichnet. Diese Motoren sind einfach konstruiert, leicht zu bedienen, kostengünstig, hocheffizient, wartungsarm und zuverlässig. Drehstrom-Induktionsmotoren sind eine Unterart von Elektromotoren und unterscheiden sich von anderen Typen. Der Hauptunterschied besteht darin, dass keine elektrische Verbindung von der Rotorwicklung zu einer externen Stromquelle besteht. Strom und Spannung im Rotorkreis werden durch Induktion in der Statorwicklung erzeugt. Daher die Bezeichnung Induktionsmotor. Dieser Artikel beschreibt den Käfigläufermotor, eine Unterart der Drehstrom-Induktionsmotoren.
Was ist ein Käfigläufermotor?
Definition: Der Kurzschlussläufermotor ist eine Art von Induktionsmotor. Er erzeugt Bewegung durch elektromagnetische Induktion. Die Abtriebswelle ist mit dem Rotor verbunden, dessen inneres Bauteil einem Käfig ähnelt. Daher der Name Kurzschlussläufermotor. Die beiden kreisförmigen Endkappen sind durch Rotorstäbe verbunden. Diese werden durch die vom Stator erzeugte EMK angetrieben. Diese EMK wird auch vom Außengehäuse erzeugt, das aus laminierten Metallblechen und Drahtwicklung besteht. Die beiden Hauptbestandteile jedes Induktionsmotors sind Stator und Rotor. Der Kurzschlussläufer ist eine einfache Methode, den Effekt der elektromagnetischen Induktion zu nutzen. Ein vierpoliger Kurzschlussläufermotor ist unten abgebildet.
Funktionsprinzip des Käfigläufer-Induktionsmotors
Die Funktionsweise eines Kurzschlussläufermotors basiert auf dem Prinzip des Elektromagnetismus. Wird die Statorwicklung mit dreiphasigem Wechselstrom versorgt, erzeugt sie ein rotierendes Magnetfeld (RMF) mit der sogenannten Synchrondrehzahl. Dieses RMF induziert eine Spannung in den Rotorstäben, wodurch ein Strom fließt. Durch diese Rotorströme entsteht ein Eigenmagnetfeld, das mit dem Statorfeld interagiert. Gemäß dem Prinzip wirkt das Rotorfeld seiner Ursache entgegen. Sobald das RMF das Rotormoment erreicht, sinkt der Rotorstrom auf null. Dann besteht kein relatives Moment mehr zwischen Rotor und RMF.
Daher wirkt kurzzeitig keine Tangentialkraft auf den Rotor, wodurch sich das Drehmoment verringert. Nach dieser Reduzierung wird durch die Wiederherstellung der Relativbewegung zwischen dem rotierenden Magnetfeld (RMF) und dem Rotor erneut ein Rotorstrom induziert. Dadurch wird die für die Rotation notwendige Tangentialkraft des Rotors wiederhergestellt und folgt der Bewegung des RMF. In diesem Fall hält der Rotor eine konstante Drehzahl, die unterhalb der Drehzahl des RMF und der Synchrondrehzahl liegt. Die Differenz zwischen der Drehzahl des RMF und der Rotordrehzahl wird als Schlupf gemessen. Die endgültige Rotorfrequenz ergibt sich aus dem Produkt von Schlupf und Netzfrequenz.
Aufbau eines Käfigläufer-Induktionsmotors
Für den Bau eines Kurzschlussläufermotors werden Stator, Rotor, Lüfter und Lager benötigt. Der Stator besteht aus einer mechanisch und elektrisch um 120 Grad versetzten Dreiphasenwicklung mit Metallgehäuse und -kern. Um einen magnetischen Fluss mit geringem Widerstand für den Wechselstrom zu gewährleisten, ist die Wicklung auf dem laminierten Eisenkern montiert.
Der Rotor wandelt zugeführte elektrische Energie in mechanische Leistung um. Er besteht aus der Welle, einem Kern und kurzgeschlossenen Kupferstäben. Um Hysterese und Wirbelströme, die zu Leistungsverlusten führen, zu vermeiden, ist der Rotor laminiert. Um Rastmomente zu verhindern, sind die Leiter schräg angeordnet, was ebenfalls zu einem guten Übersetzungsverhältnis beiträgt.
Ein am Rotorrücken angebrachter Lüfter sorgt für den Wärmeaustausch und trägt dazu bei, die Motortemperatur innerhalb eines bestimmten Bereichs zu halten. Für einen reibungslosen Lauf sind im Motor Lager verbaut.
Unterschied zwischen Käfigläufermotoren und Schleifringläufermotoren.
Vorteile
Zu den Vorteilen eines Kurzschlussläufermotors gehören folgende:
Einfache und robuste Konstruktion.
Die niedrigen Anschaffungs- und Wartungskosten.
Hält die Geschwindigkeit konstant.
Die Überlastfähigkeit ist hoch.
Einfache Ausgangskonfiguration.
Hoher Leistungsfaktor.
Geringe Kupferverluste im Rotor.
Hohe Effizienz.
Nachteile
Zu den Nachteilen eines Kurzschlussläufermotors gehören folgende:
Motor
Hoher Anlaufstrom
Sehr empfindlich gegenüber Schwankungen der Versorgungsspannung
Niedriger Leistungsfaktor bei geringer Last.
Die Geschwindigkeitsregelung ist sehr schwierig
Sehr geringes Anlaufdrehmoment aufgrund des niedrigen Rotorwiderstands.
Veröffentlichungsdatum: 26. Juni 2024