Wer als Techniker mit Antriebstechnik zu tun hat, kommt am Asynchronmotor nicht vorbei. Die Asynchronmaschine ist der am häufigsten verwendete Motor in der Industrie und zählt auch im Verkehrswesen und privaten Haushalt zu den am weitesten verbreiteten Motortypen. Wie ein Asynchronmotor funktioniert, was Sie über Läufer, Ständer, Drehzahl und Drehmoment wissen sollten, und warum die Asynchronmaschine zu den beliebtesten Drehstrommotoren der Elektrotechnik gehört, erfahren Sie hier.
Rotor, Stator, go: Der Asynchronmotor im Aufbau
Asynchronmotoren finden sich als Antrieb in vielen verschiedenen Anwendungen, seien es Pumpen, Lüfter, Elektrofahrzeuge oder Werkzeugmaschinen. Die Auslegung reicht dabei von Kleinmotoren mit weitgehend konstanter Drehzahl bis zum großen Asynchronmotor mit mehreren Megawatt Leistung. Ungeachtet dieser Unterschiede ist ein Asynchronmotor immer gleich aufgebaut: Die Hauptbestandteile der Asynchronmaschine sind der Ständer, lat. Stator, sowie ein innenliegender, durch einen Luftspalt vom Stator getrennter Läufer oder Rotor. Der Stator der Asynchronmaschine trägt eine normale, jeweils um 120° versetzte Dreiphasenwicklung. Beim Rotor handelt es sich meist um einen so genannten Käfigläufer mit kurzgeschlossener Läuferwicklung, der daher oft auch als Kurzschlussläufer bezeichnet wird.
Der Asynchronmotor wird direkt mit Drehstrom betrieben. Für kleine Leistungen bis 2 kW kann der Asynchronmotor über einen Kondensator auch an das Wechselstromnetz angeschlossen werden. Bei höherer Leistung ist dafür ein Frequenzumrichter notwendig.
Die Funktionsweise der Asynchronmaschine im Überblick
Schaltet man den Asynchronmotor an den Drehstrom, so entsteht im Stator (Ständer) ein Drehfeld wie bei allen Drehstrommotoren. Dieses Drehfeld induziert im Rotor (Läufer) eine Spannung, so dass ein zweites Magnetfeld erzeugt wird. Das Ständerfeld kann nun auf das Läuferfeld wirken und ein Drehmoment auf den Läufer ausüben, der sich dadurch zu drehen beginnt. Die Besonderheit der Asynchronmaschine liegt darin, dass der Rotor nicht im Takt mit dem Stator läuft, sondern dem Drehfeld des Ständers nach- oder vorläuft. Mit anderen Worten: Der Asynchronmotor hat nur dann ein Drehmoment, wenn Läufer und Drehfeld asynchron laufen.
Die Differenz der Drehzahl von Läufer (Rotor) und Ständer (Stator) bzw. Ständerfeld wird Schlupf genannt. Der Schlupf ist eine der wichtigsten Kenngrößen der Asynchronmaschine und wird in der Regel bei jedem Motor auf dem Typenschild angegeben. Um einen guten Wirkungsgrad zu erhalten, sollte der Schlupf möglichst klein sein. Bei hoher Last allerdings steigt die Drehzahldifferenz der Drehstrommotoren. Denn je größer das vom Läufer verlangte Drehmoment ist, desto stärker fällt die Drehzahl ab und der Schlupf wird größer. Moderne Asynchronmotoren werden aus diesem Grund häufig mit einem Frequenzumrichter ausgestattet, der die Drehzahl der Asynchronmaschine bei jeder Lastsituation konstant hält.
Der Asynchronmotor und seine Vorteile
Trotz einiger Nachteile wie dem oben genannten Schlupf oder einem vergleichsweise hohen Anlaufstrom hat sich der Asynchronmotor als Antrieb auf breiter Front durchgesetzt. Als Vorteile der Asynchronmaschine nennen Techniker immer wieder ihren einfachen und robusten Aufbau, die große Betriebssicherheit und den geringen Aufwand für Wartung und Pflege. Der Asynchronmotor kann relativ leicht und kostengünstig hergestellt werden und ist daher gerade für große Stückzahlen optimal geeignet.
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Weiterführende Links
Synchronmotoren: Erklärung, Funktion, Anwendung
Frequenzumrichter für Hochfrequenzmotoren