1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
GGrruunnddllaaggeenn eelleekkttrroommoottoorriisscchheerr
AAnnttrriieebbee
gema01q01 1
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Impressum
An dieser Qualifizierungseinheit haben mitgewirkt
Herausgeber:
IHK für Oberfranken Bahnhofstr. 23-27 95444 Bayreuth
Inhaltliche Konzeption:
ets GmbH, Halblech ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth
Produktion/ Umsetzung:
ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth
Redaktionelle Betreuung:
Andrea Nüssel, ihk.online&medien.gmbh Claudia Hohdorf, ets Halblech
Rechte:
Copyright© ets GmbH, Halblech. Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form (durch Fotokopie, Mik-rofilm oder ein anderes Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung des Herausgebers reprodu-ziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Auch die Rechte der Wiedergabe durch Vortrag, Funk und Fernsehen sind vorbehal-ten. Text, Abbildungen und Programme wurden mit größter Sorgfalt erarbeitet. Herausgeber, Pro-grammierer und Autoren können jedoch für eventuell verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen.
Namensschutz:
Die meisten in dieser Einheit erwähnten Soft- und Hardwarebezeichnungen sind auch einge-tragene Marken und unterliegen als solche den gesetzlichen Bestimmungen. Microsoft, Windows und andere Namen von Produkten der Firma Microsoft, die in dieser Qualifizie-rungseinheit erwähnt werden, sind eingetragene Warenzeichen der Microsoft Corporation.
Inhaltliche Verantwortung:
Diese Qualifizierungseinheit enthält Verweise (sogenannte Hyperlinks) auf Seiten im World Wide Web. Wir möchten darauf hin weisen, dass wir keinen Einfluss auf die Gestaltung sowie die Inhalte der ge-linkten Seiten haben. Deshalb distanzieren wir uns hiermit ausdrücklich von allen Inhalten der Seiten, auf die aus unserem Lerninhalt verwiesen wird. Diese Erklärung gilt für alle in diesem Lerninhalt aus-gebrachten Links und für alle Inhalte der Seiten, zu denen Links oder Banner führen.
gema01q01 2
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Impressum.......................................................................................................................................... 2 Firmenvorstellung.............................................................................................................................. 4 Leitfragen............................................................................................................................................ 6 1.0 Kapitelübersicht........................................................................................................................... 7
1.1 Elektromotoren sind Energiewandler............................................................................... 8 1.2 Auswahl eines Antriebsmotors......................................................................................... 9 1.3 Motorleistung und Drehmoment ..................................................................................... 10 1.4 Motorverluste .................................................................................................................... 11 1.5 Wirkungsgrad.................................................................................................................... 12 1.6 Leistungsschild eines Motors ......................................................................................... 13 1.7 Motor und Arbeitsmaschine ............................................................................................ 14 1.8 Isolierstoffklassen ............................................................................................................ 15 1.10 Bauformen....................................................................................................................... 18 Auswahl an Bauformen.......................................................................................................... 19 1.11 Baugrößen....................................................................................................................... 20 1.12 Schutzarten elektrischer Betriebsmittel....................................................................... 21
2.0 Kapitelübersicht......................................................................................................................... 25 2.1.0 Aufbau eines Asynchronmotors .................................................................................. 26 2.1.1 Wicklung eines Motors ................................................................................................. 29 2.2.0 Drehfelddrehzahl ........................................................................................................... 30 2.2.1 Drehfelddrehzahl - Gleichung ...................................................................................... 31 2.3 Entstehung der Drehbewegung ...................................................................................... 32 2.4 Der Schlupf - ein Maß für die Abweichung der Drehzahl ............................................. 33 2.5 Anschluss eines Drehstrommotors an das Netz........................................................... 34 2.6 Umkehr der Drehrichtung ................................................................................................ 35 2.7 Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie.................................................................................... 36 2.8 Strom-Drehzahl-Kennlinie ............................................................................................... 37 2.9 Anlaufeigenschaften von Asynchronmotoren .............................................................. 38 2.10 Betriebskennlinien des Asynchronmotors .................................................................. 39 2.11 Anlassen von Asynchronmotoren................................................................................ 40 2.12 Stern-Dreieck-Anlassschaltung .................................................................................... 41 2.13 Ständeranlasser mit Widerständen .............................................................................. 42 2.14 KUSA-Schaltung............................................................................................................. 43 2.15 Der Stromverdrängungsläufer ...................................................................................... 44 2.16 Asynchronmotor mit Schleifringläufer......................................................................... 45 2.17 Schleifringläufermotor mit Läuferanlasser.................................................................. 46 2.18 Hochlaufkennlinien eines Schleifringläufermotors .................................................... 47 2.19 Drehzahländerung von Asynchronmotoren ................................................................ 48
3.0 Kapitelübersicht......................................................................................................................... 52 3.1 Aufbau von Gleichstrommotoren ................................................................................... 53 3.2 Anker eines Gleichstrommotors ..................................................................................... 57 3.3 Anschlussbezeichnungen der Motorwicklungen.......................................................... 58 3.4 Aufgabe der Wicklungen im Gleichstrommotor............................................................ 59 3.5 Anlassen von Gleichstrommotoren................................................................................ 60 3.6 Drehrichtungsänderung................................................................................................... 61 3.7 Drehzahlsteuerung über die Ankerspannung ............................................................... 62 3.8 Drehzahlsteuerung oberhalb der Nenndrehzahl ........................................................... 63 3.9.0 Schaltungen: Fremderregter Motor ............................................................................. 64 3.9.1 Schaltung: Nebenschlussmotor .................................................................................. 65 3.9.2 Schaltung: Reihenschlussmotor ................................................................................. 66 3.9.3 Schaltung: Doppelschlussmotor ................................................................................. 67
Bearbeitung der Fallstudie ............................................................................................................. 68 Ihre Aufgabe:.................................................................................................................................... 77
gema01q01 3
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Einführung Firmenvorstellung
Firmenchronik: Die Firma Automatico ist eine traditionsreiche Firma mit langjähriger Erfahrung auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik. Sie entstand aus einem Familienbetrieb, der sich mit Maschinen für die Blechumformung befasste. Anfang 1995 wurde auf die stark wachsende Automatisierungstechnik mit der Suche nach Vertriebs-partnern reagiert. Heute beschäftigt die Firma Automatico 60 Mitarbeiter, die für viele metallverarbeitende Branchen Automatisierungsmöglichkeiten kon-struieren und umsetzen.
Produktgeschichte: Von einem reinen Maschinenbauunternehmen entwickelte sich die Automatico in den 90er Jah-ren zu einer mittelständischen Automatisierungsfirma, was auch zur Umbenennung in den jet-zigen Namen führte. Nicht zuletzt bescherte der Wunsch nach mehr Automatisierung der Firma eine große Anzahl neuer Kunden. Schon bei der ersten Herstellung von Blechbearbeitungsma-schinen lag der Firmenschwerpunkt auf der Automatisierung von Fertigungsabläufen der Blechbearbeitung.
gema01q01 4
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Einführung Fallstudie
In einem Chemieunternehmen werden zwei Flüssigkeiten in einem Reaktionsbehälter mitein-ander vermischt und erwärmt. Nachdem der alte Rührwerksmotor auf Grund einer Überlastung beschädigt wurde, soll dieser durch einen neuen Motor größerer Leistung ersetzt werden.
Fallstudie Franz Huber So, jetzt wird es ernst.
Bernd Wolf Was meinen Sie damit?
Franz Huber Wir haben hier einen Kundenauftrag vorliegen. Auf Grund einer Überlastung wurde der Motor beschädigt.
Bernd Wolf Was für einen Motor?
Franz Huber Ein alter Rührwerkmotor. Am besten schauen wir uns das mal in der Simulation1 an.
1
gema01q01 5
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Einführung Leitfragen
Diese Leitfragen sollen Ihnen den Einstieg in die Qualifizierungseinheit ermöglichen. Nehmen Sie sich die Zeit und notieren Sie bitte ganz spontan auf einem Blatt Papier, was Ihnen als Ant-worten einfällt.
Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Skripts.
gema01q01 6
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen
1.0 Kapitelübersicht
Kapitelbezogene Eingangsfragen: Welche Informationen können dem Leistungsschild eines Elektromotors ent-nommen werden? Wie kann ein Elektromotor vor Überlastung geschützt werden? Themen: 1.1 Elektromotoren sind Energiewandler 1.8__Isolierstoffklassen 1.2 Auswahl eines Antriebsmotors 1.9__Betriebsarten 1.3 Motorleistung und Drehmoment 1.10 Bauformen 1.4 Motorverluste 1.11 Baugrößen 1.5 Wirkungsgrad 1.6 Leistungsschild eines Motors
1.12 Schutzarten elektrischer ____Betriebsmittel
1.7 Motor und Arbeitsmaschine 1.13 Motorschutz
gema01q01 7
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen
1.1 Elektromotoren sind Energiewand-ler
Elektromotoren wandeln elektrische Energie in mechanische Energie um. Der Motor treibt eine Arbeitsmaschine an und wandelt somit elektrische in mechanische Energie um. Je nach Spannungsart werden in der Praxis Gleich- und Wechselstrommaschinen eingesetzt.
gema01q01 8
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen
1.2 Auswahl eines Antriebsmotors
Leistungsbedarf der Arbeitsmaschine
Betriebsdauer und Schalthäufigkeit
Stromart, Netzspannung und Netzfrequenz
Drehzahl und Drehrichtung
Aufstellungsort und Aufstellungsart
gema01q01 9
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen
1.3 Motorleistung und Drehmoment
Der Motor hat das vom Antrieb geforderte Motormoment M mit der gewünschten Drehzahl n zu liefern. Der Zusammenhang zwischen mechanischer Leistung, Drehmoment und Drehzahl ergibt sich aus folgender Formel:
P = M · 2 · π · n P = abgegebene mechanische Leistung an der Welle in W
M = abgegebenes Drehmoment in Nm
n = Motordrehzahl in 1/s
Die angegebene Leistung eines Motors ist immer die mechanische Leistung, die der Motor an der Welle abgibt.
gema01q01 10
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen
1.4 Motorverluste
- Reibungsverluste in den Lagern und an den Bürsten
- Eisenverluste durch Wirbelströme und Ummagnetisierung
- Erregerverluste beim Aufbau des Magnetfeldes
- Wicklungsverluste durch den Stromfluss in den Motorwicklungen
gema01q01 11
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Der Wirkungsgrad η eines Elektromotors ist durch das Verhältnis von abgegebener mechani-scher Leistung Pab (P2) zur aufgenommenen elektrischen Leistung Pzu (P1) gegeben.
Merksatz: Die abgegebene Leistung ist immer kleiner als die zugeführte Leistung.
1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen
1.5 Wirkungsgrad
gema01q01 12
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen
1.6 Leistungsschild eines Motors
Die wichtigsten Angaben für den Anwender sind:
Nennleistung (Bemessungsleistung)
Nennspannung (Bemessungsspan-nung)
Nennstrom (Bemessungsstrom)
Nenndrehzahl (Bemessungsdrehzahl)
gema01q01 13
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen
1.7 Motor und Arbeitsmaschine
Der Antriebsmotor muss in der Lage sein, den Leistungsbedarf der Arbeitsmaschine in jedem Drehzahlbereich zu decken.
Die Arbeitsmaschine hat ein Widerstandsmo-ment, das geringer als das Drehmoment des Motors ist. Der Motor kann gut hochlaufen.
Der Motor kann nicht hochlaufen, da das Wi-derstandsmoment der Arbeitsmaschine grö-ßer, als das Drehmoment des Motors ist.
gema01q01 14
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen
1.8 Isolierstoffklassen
Die Isolierstoffe werden nach ihrer Belastbarkeit in sieben verschiedene Klassen eingeteilt.
Isolierstoffklassen Grenztemperatur Anwendung Isolierstoffe
Y 90 °C Leitungen Baumwolle, Papier, Kunstseide, PVC, Gummi
A 105 °C Leitungen, Wicklun-gen
Baumwolle, Kunstsei-de, Holz Pressspan,
E 120 °C Wicklungen, Presstei-le
Baumwoll- und Pa-pierschichtverbund-stoffe,
B 130 °C Wicklungen, Presstei-le Glasfaser, Glimmer
F 155 °C Wicklungen Glasfaser, Glimmer
H 180 °C hitzebeständige Lei-tungen und Wicklun-gen, Isolierschläuche, Abdeckung
geschichtete Glasfa-ser, Glimmer
C > 180 °C hitzefeste Wicklungen, Isolatoren
Glas, Porzellan, Quarz, Glimmer
gema01q01 15
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen
1.9 Betriebsarten
Die wichtigsten Betriebsarten sind Dauerbetrieb, Kurzzeitbetrieb und Aussetzbetrieb.
Dauerbetrieb S1 Im Dauerbetrieb S1 kann die Maschine ihre Nennleistung dauer-haft abgeben. Die Erwärmung der Maschine erreicht ihre Endtem-peratur, eine Beharrungstemperatur wird erreicht.
Kurzzeitbetrieb S2 Im Kurzzeitbetrieb S2 ist die Einschaltdauer so kurz, dass bei konstanter Belastung die Beharrungstemperatur nicht erreicht wird. Die Pausen sind so lang, dass die Maschine sich auf ihre Ausgangstemperatur abkühlt.
gema01q01 16
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Aussetzbetrieb S3, S4, S5 Beim Aussetzbetrieb S3, S4 und S5 wechseln konstante Belas-tung und Stillstand dauernd ab. Die Spieldauer beträgt meistens 10 Minuten. In den Pausen kommt es zu keiner vollkommenen Abkühlung des Motors auf die Ausgangstemperatur. Die Einschaltdauer ED wird in % der Spieldauer angegeben. Normwerte für ED sind 15%, 25%, 40%, 60%. Eine umfassende Beschreibung der Betriebsarten S1 bis S10 er-halten Sie in einem Tabellenbuch Elektrotechnik oder Mechatro-nik.
gema01q01 17
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen
1.10 Bauformen
Nach DIN IEC 34 wird bezüglich der Bauformen elektrischer Maschinen zwischen Code I und Code II unterschieden.
Code I: gültig für Maschinen mit Schildla-gern und einem freien Wellenende
Grundkennzeichen IM
Angabe der Betriebslage (3. Buchstaben)
Angaben über Befesti-gungsart und Wellenende (Zahl)
Code II: Der IEC-Code II gilt für alle umlau-fenden elektrischen Maschinen. Er wird nur angewendet, wenn Code I nicht ausreicht.
Weitere Auswahl an Bauformen.
gema01q01 18
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen
Auswahl an Bauformen
Fußmotoren alle Baugrößen
Code I (Code II) Code I (Code II) IM B3 (IM 1001)
Welle horizon-tal
Füße auf dem Boden
IM B8 (IM 1071)
Welle horizon-tal
Füße nach o-ben
IM B6 (IM 1051)
Welle horizon-tal
Füße an der Wand und links bei Blick auf Wellenen-de
IM V5 (IM 1011)
Welle vertikal nach unten
Füße an der Wand
IM B7 (IM 1061)
Welle horizon-tal
Füße an der Wand und rechts bei Blick auf Wel-lenende
IM V6 (IM 1031)
Welle vertikal nach oben
Füße an der Wand
Flanschmotoren, A-Flansch mit Durchgangslöchern alle Baugrößen
Code I (Code II) Code I (Code II) IM B5 (IM 3001)
Welle horizon-tal
IM B35 (IM 2001)
Welle horizon-tal
Füße auf dem Boden
IM V1 (IM 3011)
Welle vertikal nach unten
IM V15 (IM 2011)
Welle vertikal nach unten
Füße an der Wand
IM V3 (IM 3031)
Welle vertikal nach oben
IM V36 (IM 2031)
Welle vertikal nach oben
Füße an der Wand
gema01q01 19
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen
1.11 Baugrößen
Motoren mit gleicher Leistung bei unterschiedlichen Drehzahlen besitzen unterschiedliche Drehmomente und damit verschiedene Baugrößen.
Motoren mit gleicher Nennleistung
Nennleistung 2,2 kW 2,2 kW 2,2 kW
Nenndrehzahl 1400 1/min 920 1/min 710 1/min
Nenndrehmoment 15 Nm 23 Nm 30 Nm
Baugröße 100 mm 112 mm 132 mm
Motoren mit gleichem Drehmoment
Nennleistung 2,2 kW 1,5 kW 1,1 kW
Nenndrehzahl 1400 1/min 920 1/min 690 1/min
Nenndrehmoment 15 Nm 15 Nm 15 Nm
Baugröße 100 mm 100 mm 100 mm
gema01q01 20
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen
1.12 Schutzarten elektrischer Be-triebsmittel
Schutzarten für elektrische Maschinen werden nach DIN 40050 durch die Kennbuchstaben IP und zwei Kennziffern für den Schutzgrad angegeben.
Weitere Erklärungen zu den Schutzarten elektrischer Betriebsmittel finden Sie, in der Tabelle zu den Schutzarten. Kennziffer Berührungsschutz Fremdkörperschutz 0 kein Schutz Kein Personenschutz gegen zufälliges
Berühren unter Spannung stehender oder sich bewegender Teile. Kein Be-triebsmittelschutz gegen Eindringen von festen Körpern.
1 Berührungsschutz gegen Zugang mit Handrücken > 50 mm Ø
Schutz gegen Fremdkörper > 50 mm Ø
2 Berührungsschutz gegen Zugang mit einem Finger > 12 mm Ø > 80 mm Länge
Schutz gegen Fremdkörper > 12,5 mm Ø
3 Berührungsschutz gegen Zugang mit Werkzeug > 2,5 mm Ø
Schutz gegen Fremdkörper > 2,5 mm Ø
4 Berührungsschutz gegen Zugang mit einem Draht > 1 mm Ø
Schutz gegen Fremdkörper > 1 mm Ø
5 Berührungsschutz gegen Zugang mit einem Draht > 1 mm Ø
staubgeschützt
6 Berührungsschutz gegen Zugang mit einem Draht > 1 mm Ø
staubdicht
gema01q01 21
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen
1.13 Motorschutz
Um lange Lebensdauer zu gewährleisten und teure Reparaturen zu vermeiden, ist es wichtig, Motoren immer innerhalb ihrer Nennparameter arbeiten zu lassen. Bei Überschreitung der zu-lässigen Stromstärke und daraus folgend der Überschreitung der zulässigen Temperaturwerte müssen Motoren abgeschaltet werden.
Motorstrom Ursachen eines zu großen Motorstromes2 sind verschieden:
Eine mechanische Überlastung durch die anzutreibende Arbeitsmaschine hat eine elektrische Überlastung zur Fol-ge. Es fließt bei Nennspannung ein Überlaststrom.
Eine Spannungsabsenkung im Versorgungsnetz führt bei unverminderter mechanischer Belastung zu einem ver-größerten Strom.
Bei einer Leitungsunterbrechung läuft ein arbeitender Drehstrommotor meist weiter. Die Stromstärke in den nicht unterbrochenen Strängen steigt über den Nennwert an.
Elektrische Fehler im Motor selbst, z.B. Wicklungsschlüs-se, führen zu Überstrom.
2 In jedem Antrieb kommt dem Motor auch aus sicherheitstechnischer Sicht eine große Bedeu-tung zu. Ganz wichtig ist es, den Motor vor unzulässig hoher Erwärmung, infolge eines zu gro-ßen Motorstromes, zu schützen.
gema01q01 22
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Schutz durch Motorschutzre-lais
Schutz bei Überlastung durch Stromüberwachung
Kein Kurzschlussschutz, daher sind Sicherungen notwen-dig
Einstellung des Relais3 auf den Motornennstrom
Schutz durch Motorschutz-schalter
Mit thermischer Überstromauslösung und magnetischer Schnellauslösung.
Schutz bei Überlastung und Kurzschluss.
Einstellung des Schalters4 auf den Motorenstrom.
Allpolige Abschaltung und Freiauslösung.
3 Motorschutzrelais überwachen die Wicklungstemperatur indirekt über die Stromaufnahme des Motors. 4 Motorschutzschalter sind gleichzeitig Schalter und Schutzeinrichtung. Sie dienen dem be-triebsmäßigen Ein- und Ausschalten von Motoren. Eigenfeste Motorschutzschalter können ohne Vorsicherung betrieben werden.
gema01q01 23
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Motorvollschutz mit Tempera-turfühlern
Durch Temperaturfühler5 in der Wicklung zuverlässiger Schutz.
Motor ist auch bei behinderter Kühlung vollständig ge-schützt.
Halbleiter-Temperaturfühler wirken auf das Auslösegerät ein, welches das Motorschütz schaltet.
5 Ein wirksamer Motorschutz kann dadurch erfolgen, dass die Wicklungstemperatur direkt mit Temperaturfühlern erfasst wird, die in den Motorwicklungen untergebracht sind. Der Motor-vollschutz wird bei erschwerten Betriebsbedingun
gema01q01 24
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.0 Kapitelübersicht
Kapitelbezogene Eingangsfragen: Wie entsteht die Drehbewegung im Motor? Wie funktioniert das "Stern-Dreieck-Anlassverfahren"? Themen:
2.1.0 Aufbau eines Asynchronmotors 2.10 Betriebskennlinien des Asynchronmotors2.1.1 Wicklung eines Motors 2.11 Anlassen von Asynchronmotoren 2.2.0 Drehfelddrehzahl 2.12 Stern-Dreieck-Anlassverfahren 2.2.1 Drehfelddrehzahl - Gleichung 2.13 Ständeranlasser mit Widerständen 2.3 Entstehung der Drehbewegung 2.14 KUSA-Schaltung 2.4 Der Schlupf 2.15 Der Stromverdrängungsläufer 2.5 Anschluss eines Drehstrommotors an das Netz 2.16 Asynchronmotor mit Schleifringläufer
2.6 Änderung der Drehrichtung 2.17 Schleifringläufermotor mit Läuferanlas-ser
2.7 Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie 2.18 Hochlaufkennlinien des Schleifringläu-fermotors
2.8 Strom-Drehzahl-Kennlinie 2.19 Drehzahländerung von Asynchronmoto-ren
2.9 Anlaufeigenschaften von Asynchronmoto-ren
gema01q01 25
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.1.0 Aufbau eines Asynchronmotors
gema01q01 26
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.1.0 Aufbau eines Asynchronmotors
Rotor und Stator Der Drehstrom-Asynchronmotor besteht aus einem drehbar gela-gerten Teil, dem Läufer oder Rotor, und einem fest mit dem Ge-häuse verbundenen Teil, dem Ständer oder Stator. Läufer und Ständer bestehen aus einzelnen, voneinander isolier-ten Blechen zur Vermeidung von Wirbelströmen.
Klemmbrett und Ständer-blechpaket
Im Ständerblechpaket ist die dreiphasige Erregerwicklung unter-gebracht. Anfang und Ende eines jeden Strangs führen zum Klemmbrett.
gema01q01 27
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Läuferblechpaket und Luft-spalt
Die Welle wird in Wälzlagern so gelagert, dass zwischen dem Ständer- und dem Läuferblechpaket nur ein schmaler Luftspalt entsteht.
Lüfter und Welle Die in der Maschine entstehende Wärme wird über Kühlrippen und einen Lüfter nach außen geführt. Das aus dem Motor herausragende Ende der Welle dient zum An-trieb einer Maschine.
gema01q01 28
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.1.1 Wicklung eines Motors
Die Wicklung des Kurzschlussläufers besteht aus Leiterstäben, die an den Stirnseiten durch Ringe kurzgeschlossen sind.
Im Gegensatz zu anderen Motoren benötigt dieser Läufer keine elektrische Verbindung zum Netz.
gema01q01 29
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.2.0 Drehfelddrehzahl
Magnetpole treten immer paarweise auf. Zu einem Nordpol gehört stets ein Südpol. Daher spricht man von Polpaaren.
Merksatz Eine Verdoppelung der Polpaarzahl bewirkt eine Halbierung der Drehfelddrehzahl. Eine Ver-doppelung der Netzfrequenz bewirkt eine Verdoppelung der Drehfelddrehzahl.
gema01q01 30
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.2.1 Drehfelddrehzahl - Gleichung
Die Drehfelddrehzahl wird bestimmt durch die Netzfrequenz und die Polpaarzahl der Dreh-stromwicklung. Bei einer Netzfrequenz von 50 Hz ergeben sich folgende typischen Drehfelddrehzahlen:
gema01q01 31
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.3 Entstehung der Drehbewegung
Die Drehrichtung des Läufers stimmt mit der Drehrichtung des Ständerfeldes überein.
Durch den Drehstrom entsteht in der Ständerwicklung ein Drehfeld.
Dieses induziert in den Läufer-stäben eine Spannung.
Da die Läuferstäbe kurzge-schlossen sind, fließen durch sie Ströme, die von einem Magnetfeld umgeben sind.
Durch die Überlagerung der Magnetfelder wirken auf die Leiterstäbe Kräfte.
Diese Kräfte verursachen ein Drehmoment, so dass sich der Läufer dreht.
Die Drehrichtung des Läufers stimmt mit der Drehrichtung des Ständerfel-des überein.
Eine Asynchronmaschine kann aus eigener Kraft die Drehfelddrehzahl nicht erreichen.
Interaktionsfragen Wodurch wird die Drehung verursacht?
gema01q01 32
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.4 Der Schlupf - ein Maß für die Ab-weichung der Drehzahl
Bei Belastung des Motors nimmt seine Drehzahl n ab und damit der Schlupf s zu.
gema01q01 33
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.5 Anschluss eines Drehstrommotors an das Netz
gema01q01 34
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.6 Umkehr der Drehrichtung
gema01q01 35
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.7 Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie
Das Drehmoment eines Elektromotors ist drehzahlabhängig. Der Zusammenhang zwischen Drehmoment und Drehzahl wird anschaulich durch eine Kennlinie beschrieben.
Das Kippmoment MK ist das größte Drehmoment, das der Motor abgeben kann. Wird der Motor darüber hinaus belastet, bleibt er stehen. Das Anzugsmoment MA ist das Drehmoment, das der Motor beim Anlaufen, also aus dem Still-stand heraus abgibt. Beim Nennmoment MN gibt der Motor bei der Nenndrehzahl nN seine Nennleistung ab. Das Sattelmoment MS ist das kleinste während des Anlaufens abgegebene Drehmoment. Beim Nennmoment MN gibt der Motor bei der Nenndrehzahl nN seine Nennleistung ab.
gema01q01 36
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.8 Strom-Drehzahl-Kennlinie
Wird der Motor belastet, dann nimmt der Strom ausgehend vom Wert l0 bei Leerlauf immer mehr zu, während die Drehzahl abnimmt. Wird der Motor über sein Kippmoment hinaus belastet, dann sinkt die Drehzahl auf Null, der Motor bleibt stehen und nimmt jetzt den Anlaufstrom lA auf.
Anlaufstrom Strom bei Kippmoment Nennstrom Leerlaufstrom Drehzahl bei Kippmoment Nenndrehzahl Leerlaufdrehzahl
gema01q01 37
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.9 Anlaufeigenschaften von Asyn-chronmotoren
lA ~ 4 .... 8 lN MA ~ 0,5 ..1 MN Merksatz: Asynchronmotoren mit Rundstabläufer besitzen trotz hoher Anzugsströme nur ein relativ ge-ringes Anzugsmoment.
gema01q01 38
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Bei Belastung fällt die Drehzahl n nur geringfügig ab. Der Wirkungsgrad η (eta) und der Leistungsfaktor cos φ (phi) sind stark belastungsabhängig. Die Motoren sind so ausgelegt, dass bei Nennbetrieb das Produkt aus eta und cos möglichst groß wird. Der Motorstrom nimmt bei Belas-tung stark zu.
Ein Drehstrommotor sollte stets mit Volllast betrieben werden. Ist er für den Antrieb überdi-mensioniert, arbeitet er mit höheren Verlusten.
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.10 Betriebskennlinien des Asyn-chronmotors
gema01q01 39
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.11 Anlassen von Asynchronmotoren
In den Technischen Anschlussbedingungen (TAB) der Energieversorgungsunternehmen wird für Drehstrommotoren z.B. ein Grenzwert von 60 A festgelegt. Der Einschaltstrom kann grundsätzlich durch zwei Verfahren herabgesetzt werden: 1. Herabsetzen der Ständerspannung
Stern-Dreieck-Schaltung
Ständeranlasser
Kusa-Schaltung
2. Vergrößerung des Läuferwiderstandes
Stromveränderungsläufer
Schleifringläufermotor
gema01q01 40
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Die Stern-Dreieck-Umschaltung kann nur bei solchen Motoren erfolgen, deren Wicklungs-stränge für die volle Leiterspannung ausgelegt sind.
Merksatz: Bei Anlauf in Sternschaltung verkleinern sich Anlaufstrom und Anlaufmoment von Dreh-strommotoren auf ein Drittel der Werte des Dreieckbetriebes. Das Stern-Dreieck-Anlassschaltung eignet sich nicht für Schweranlauf.
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.12 Stern-Dreieck-Anlassschaltung
Netzschütz Dreieckschütz Sternschütz
gema01q01 41
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.13 Ständeranlasser mit Widerständen
Beim Anlauf des Motors verringern vorgeschaltete Wirkwiderstände die Spannung an der Ständerwicklung. Nach dem Hochlaufen werden die Widerstände überbrückt.
Die Herabsetzung des Anlaufstromes ist mit einem starken Abfall des Anlaufmomentes ver-bunden. Widerstände
gema01q01 42
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.14 KUSA-Schaltung
Fügt man einen Widerstand in die Zuleitung eines Außenleiters zur Ständerwicklung ein, so wird das Drehmoment herabgesetzt.
Die KUSA-Schaltung verwendet man bei Motoren bis ca. 2 kW, z. B. für Textilmaschinen. Widerstand
gema01q01 43
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.15 Der Stromverdrängungsläufer
Vergrößerte Wirkwiderstände im Läuferkreis des Asynchronmotors verbessern sein Anlaufver-halten. Durch besondere Formgebung der Stäbe des Käfigläufers ist dies erreichbar.
Merksatz: Stromverdrängungsläufer haben ein größeres Anzugsmoment und einen kleineren Anzugs-strom.
Doppelkäfigläufer Hochstabläufer Rundstabläufer
gema01q01 44
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.16 Asynchronmotor mit Schleifring-läufer
gema01q01 45
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.17 Schleifringläufermotor mit Läufer-anlasser
Mit zunehmender Drehzahl werden die Widerstandsgruppen R1, R2 und R3 nacheinander ab-geschaltet. Nach Erreichen der Nenndrehzahl wird die Läuferwicklung kurzgeschlossen. Der Motor arbeitet dann wie ein Kurzschlussläufer.
gema01q01 46
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.18 Hochlaufkennlinien eines Schleif-ringläufermotors
Das Anzugsmoment kann bei geeigneter Wahl der Anlasswiderstände bis zum Kippmoment gesteigert werden.
Merksatz: Schleifringläufermotoren entwickeln ein hohes Anlaufmoment bei kleinem Anlaufstrom. Sie können unter Last anlaufen.
gema01q01 47
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.19 Drehzahländerung von Asyn-chronmotoren
gema01q01 48
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren
2.19 Drehzahländerung von Asynchronmotoren
Motoren mit getrennten Stän-derwicklungen
Motoren mit zwei voneinander unabhängigen Ständerwicklungen können mit zwei Drehzahlen betrieben werden, die in einem belie-bigen Verhältnis zueinander stehen. Die Drehzahl von Asynchronmotoren kann durch die Frequenz f und die Polpaarzahl p beeinflusst werden.Durch Änderung der Polzahl in der Ständerwicklung lässt sich die Drehzahl grobstufig verändern. Die Anschlüsse für die niedrige Drehzahl werden mit 1U, 1V und 1W bezeichnet. Für die hohe Drehzahl werden die Außenleiter mit den Klemmen 2U, 2V und 2W verbunden.
gema01q01 49
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Dahlanderschaltung
Bei der Dahlanderschaltung lassen sich mit einer einzigen Wick-lung durch Umschalten der Spulengruppen zwei verschiedene Polpaarzahlen erzeugen. Merksatz Bei der Dahlanderschaltung stehen die Drehzahlen immer im Ver-hältnis 1 : 2 zueinander.
gema01q01 50
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Frequenzumrichter
Frequenzumrichter stellen eine leistungselektronische Baugruppe dar, welche aus einem bestehenden Wechselstromnetz gegebener Frequenz f1, Spannung U1 und Strom l1 ein Wechselstromnetz mit veränderter Frequenz f2, Spannung U2 und Strom l2 entstehen lassen kann. Mit diesen Umrichtern sind auch Drehzahlen mög-lich, die höher als 3000 min¹ sind. Die Drehfelddrehzahl kann mit Hilfe von Frequenzumrichtern ver-ändert werden.
gema01q01 51
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren
3.0 Kapitelübersicht
Kapitelbezogene Eingangsfragen: Welche Aufgabe hat der "Kollektor" eines Gleichstrommotors? Erklären Sie die Schaltung eines Reihenschlussmotors? Themen: 3.1 Aufbau von Gleichstrommotoren 3.2 Anker eines Gleichstrommotors 3.3 Anschlussbezeichnungen der Motorwicklungen 3.4 Aufgabe der Wicklungen im Gleichstrommotor 3.5 Anlassen von Gleichstrommotoren 3.6 Drehrichtungsänderung 3.7 Drehzahlsteuerung über die Ankerspannung 3.8 Drehzahlsteuerung oberhalb der Nenndrehzahl 3.9.0 Schaltungen: Fremderregter Motor 3.9.1 Schaltung: Nebenschlussmotor 3.9.2 Schaltung: Reihenschlussmotor 3.9.3 Schaltung: Doppelschlussmotor
gema01q01 52
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren
3.1 Aufbau von Gleichstrommotoren
gema01q01 53
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren
3.1 Aufbau von Gleichstrommotoren
Gleichstrommotoren werden als Antriebe dort eingesetzt, wo ein großer Drehzahlstellenbe-reich, ein hohes Anzugsmoment und eine gute Regelbarkeit gefordert werden.
Erregerwicklung Der Ständer eines Gleichstrommotors hat ausgeprägte Pole. Die Polkerne tragen die Erregerwicklung, die mit Gleichspannung versorgt wird. Im unteren Leistungsbereich sind Erregerwicklung und Polkerne durch Dauermagnete ersetzt.
gema01q01 54
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Anker Der Läufer trägt die Arbeitswicklung, die auch Ankerwicklung genannt wird. Sie ist in Nuten eingelegt und mit den Lamellen des Stromwenders verbunden.
Stromwender Der Stromwender, auch Kollektor oder Kommutator genannt, ü-berträgt den Strom von den fest stehenden Bürsten auf die sich drehende Läuferwicklung.
gema01q01 55
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Klemmbrett Die Anfänge und Enden der verschiedenen Motorwicklungen wer-den auf das Klemmbrett geführt.
gema01q01 56
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren
3.2 Anker eines Gleichstrommotors
Betrachten wir uns den Läufer eines Gleichstrommotors noch etwas genauer. Der Läufer oder Anker besteht aus einer Stahlwelle mit aufgepresstem Blechpaket zur Vermeidung von Wirbel-strömen. Die Ankerwicklung besteht aus Teilspulen, die unterschiedlich zusammengeschaltet werden können.
gema01q01 57
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren
3.3 Anschlussbezeichnungen der Mo-torwicklungen
Buchstabe Bezeichnung Beispiele
A Ankerwicklung A1 - A2
B Wendepolwicklung B1 - B2; 1B1 - 1B2; 2B1 - 2B2
C Kompensationswicklung C1 - C2; 1C1 - 1C2; 2C1 - 2C2
D Erregerwicklung - Reihen-schluss D1 - D2; 1D1 - 1D2; 2D1 - 2D2
E Erregerwicklung - Neben-schluss E1 - E2; 1E1 - 1E2; 2E1 - 2E2
F Erregerwicklung - fremderregt F1 - F2
Nachgestellte Ziffern bezeichnen Anfang bzw. Ende der Anschlüsse, vorangestellte Ziffern unter-scheiden verschiedene Teile mit gleicher Funktion (z.B. geteilte Wicklungen).
gema01q01 58
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren
3.4 Aufgabe der Wicklungen im Gleichstrommotor
Ankerwicklung: Erzeugt das Magnetfeld des Läufers, welches im Zusammenwirken mit dem Magnetfeld des Ständers ein Drehmoment entwickelt.
Wendepolwicklung: Sorgt für eine funkenfreie Stromwendung in der Ankerwicklung und verringert das Bürsten-feuer.
Kompensationswicklung: Verhindert eine Verzerrung des magnetischen Feldes im Bereich der Hauptpole.
Erregerwicklung – Reihenschluss: Erzeugt das Magnetfeld des Ständers und ist in Reihe mit der Ankerwicklung geschaltet.
Erregerwicklung – Nebenschluss: Erzeugt das Magnetfeld des Ständers und ist parallel zur Ankerwicklung geschaltet.
Erregerwicklung – fremderregt: Erzeugt das Magnetfeld des Ständers und ist an eine eigene Spannungsquelle angeschlos-sen.
gema01q01 59
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren
3.5 Anlassen von Gleichstrommotoren
Gleichstrommotoren haben einen kleinen Ankerwiderstand. Bei direktem Einschalten an die volle Netzspannung würde ein Strom fließen, der ein Vielfaches des Nennstro-mes beträgt.
Ursache dafür ist, dass im Stillstand noch keine Gegenspannung U0 im Anker induziert wird.
Deshalb müssen bei größeren Motoren, die Anlasswiderstände in Reihe mit der Anker-wicklung geschaltet werden.
Während des Hochlaufens steigt die Gegenspannung an, die Anlasswiderstände wer-den bis auf Null verringert. Durch die moderne Stromrichtertechnik können heute Gleichstrommotoren verlustarm hochgefahren werden, ohne dass der eingestellte maximale Strom überschritten wird. (Ersatzschaltbild6 des Ankerstromkreises)
6 Ein wirksamer Motorschutz kann dadurch erfolgen, dass die Wicklungstemperatur direkt mit Temperaturfühlern erfasst wird, die in den Motorwicklungen untergebracht sind. Der Motor-vollschutz wird bei erschwerten Betriebsbedingun
gema01q01 60
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren
3.6 Drehrichtungsänderung
gema01q01 61
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren
3.7 Drehzahlsteuerung über die Anker-spannung
Bei annähernd gleichbleibendem Ankerstrom kann die Drehzahl proportional zur Ankerspan-nung gesteuert werden. Die Drehzahl lässt sich damit bis zum Ankerstillstand verringern.
Eine Drehzahlsteuerung durch Veränderung der Ankerspannung sollte nur unterhalb der Nenndrehzahl erfolgen, da der Motor sonst überlastet und möglicherweise beschädigt wird.
gema01q01 62
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren
3.8 Drehzahlsteuerung oberhalb der Nenndrehzahl
Die Drehzahl verhält sich bei konstanter Ankerspannung zum Erregerstrom annähernd umge-kehrt proportional.
Merksatz: Durch eine Verringerung des Erregerstromes, kann die Motordrehzahl über die Nenndrehzahl hinaus erhöht werden. Da die Leistung in diesem Drehzahlbereich nicht weiter erhöht werden kann, nimmt das Drehmoment bei Erhöhung der Drehzahl ab.
gema01q01 63
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren
3.9.0 Schaltungen: Fremderregter Mo-tor
Beim fremderregten Motor wird der Erregerstrom von einer unabhängigen Spannungsquelle geliefert. Motoren mit Dauermagneten an Stelle der Erregerwicklung sind ebenfalls fremderreg-te Motoren. Fremderregte Motoren werden für Antriebe verwendet, deren Drehzahl lastunabhängig in gro-ßem Umfang gesteuert wird.
Ziehen Sie die Leiterbezeichnungen an die Anschlüsse des Klemmbretts7, so dass sich die Drehrich-tung für Linkslauf ergibt.
7 Ein wirksamer Motorschutz kann dadurch erfolgen, dass die Wicklungstemperatur direkt mit Temperaturfühlern erfasst wird, die in den Motorwicklungen untergebracht sind. Der Motor-vollschutz wird bei erschwerten Betriebsbedingun
gema01q01 64
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren
3.9.1 Schaltung: Nebenschlussmotor
Beim Nebenschlussmotor liegt die Erregerwicklung parallel zum Anker. Der Nebenschlussmotor hat bei konstanter Netzspannung dasselbe Betriebsverhalten, wie der fremderregte Motor. Die Drehzahl fällt bei Belastung jedoch etwas stärker ab, da das Erreger-feld indirekt vom Ankerstrom beeinflusst wird. Nebenschlussmotoren werden für Antriebe wie fremderregte Motoren verwendet.
Vervollständigen Sie per Drag & Drop den Anschluss an das Klemmbrett8 für Linkslauf.
8 Ein wirksamer Motorschutz kann dadurch erfolgen, dass die Wicklungstemperatur direkt mit Temperaturfühlern erfasst wird, die in den Motorwicklungen untergebracht sind. Der Motor-vollschutz wird bei erschwerten Betriebsbedingun
gema01q01 65
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren
3.9.2 Schaltung: Reihenschlussmotor
Beim Reihenschlussmotor ist die Erregerwicklung in Reihe zum Anker geschaltet. Reihenschlussmotoren haben von allen Motoren das größte Anzugsmoment. Die Stromauf-nahme ist beim Anlauf und unter Belastung hoch. Bei Entlastung steigt die Drehzahl sehr stark an. Im Leerlauf gehen Reihenschlussmotoren durch. Reihenschlussmotoren werden auf Grund des hohen Anlaufdrehmomentes vor allem für Elekt-rofahrzeuge und bei Hebezeugen eingesetzt.
Vervollständigen Sie per Drag & Drop den Anschluss an das Klemmbrett9 für Linkslauf.
9 Ein wirksamer Motorschutz kann dadurch erfolgen, dass die Wicklungstemperatur direkt mit Temperaturfühlern erfasst wird, die in den Motorwicklungen untergebracht sind. Der Motor-vollschutz wird bei erschwerten Betriebsbedingun
gema01q01 66
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren
3.9.3 Schaltung: Doppelschlussmotor
Der Doppelschlussmotor hat zusätzlich zur Nebenschlusswicklung eine Reihenschlusswick-lung. Je nach Auslegung der Wicklungen kann das Betriebsverhalten des Motors mehr zum Nebenschluss- oder mehr zum Reihenschlussverhalten beeinflusst werden.
Vervollständigen Sie per Drag & Drop den Anschluss an das Klemmbrett10 für Linkslauf.
10 Ein wirksamer Motorschutz kann dadurch erfolgen, dass die Wicklungstemperatur direkt mit Temperaturfühlern erfasst wird, die in den Motorwicklungen untergebracht sind. Der Motor-vollschutz wird bei erschwerten Betriebsbedingun
gema01q01 67
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Abschluss Lerneinheit Bearbeitung der Fallstudie
Bitte bearbeiten Sie zur Fallstudie folgende Aufgabe:
In einem Chemieunternehmen werden zwei Flüssigkeiten in einem Reaktionsbehälter miteinander vermischt und erwärmt.
Nachdem der alte Rührwerksmotor auf Grund einer Überlastung beschädigt wurde, soll dieser durch einen neuen Motor größerer Leistung ersetzt werden.
Sie erhalten den Auftrag, unter Berücksichtigung der geforderten Daten einen neuen Motor auszuwählen und zu installieren.
Hinweis: Öffnen Sie die Dokumentenbox! Dort finden Sie das Datenblatt zum Motor, welches Sie zur Bearbeitung der Fallstudie brauchen.
Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden das Ant-wortdokument in den Anlagen am Ende des Skripts.
gema01q01 68
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Anlagen
gema01q01 69
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
LEITFRAGEN
- Hinweis: Anhand dieser Leitfragen werden Sie die Qualifizierungseinheit erarbeiten. Notieren Sie die Antworten zu den Fragen, die Ihnen spontan einfallen. Speichern Sie diese Datei anschließend in einem Ordner, auf den Sie stets zugreifen können und ergänzen jeweils diese Fragen um das erlernte Wissen. Am Ende der Qualifizierungseinheit sollten Sie die Antworten komplett überarbeitet haben.
gema01q01 70
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Ausbildung zum Mechatroniker Grundlagen elektromotorischer Antriebe
TA Trainingsaufgabe 1 zum Themenblock
Auswahl eines Antriebsmotors
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
Ordnen Sie die Begriffe den entsprechenden Aussagen zu. Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag & Drop Test unter der TA 1 im Kapitel Trainingsaufgabe. Aussagen: 1: Angabe von charakteristischen Daten eines Motors 2: Einteilung von Materialien nach dem Grad ihrer Temperaturbeständigkeit 3: Verlustleistung bedingt durch Ummagnetisierung und Wirbelströme 4: Anpassung des Elektromotors an den Belastungsrhythmus der Arbeitsmaschine 5: Verhältnis der abgegebenen zur aufgenommenen Leistung 6: Schutz gegen Eindringen von Fremdkörpern und Wasser 7: Lagerung und Befestigungsart elektrischer Maschinen Begriffe: Schutzart Bauformen Eisenverluste Isolierstoffklassen Leistungsschild Betriebsart Wirkungsgrad
gema01q01 71
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
gema01q01 72
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Ausbildung zum Mechatroniker Grundlagen elektromotorischer Antriebe
TA Trainingsaufgabe 2 zum Themenblock
Aufbau und Betriebsarten von Asynchronmotoren
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
Ordnen Sie die Begriffe den entsprechenden Aussagen zu. Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag & Drop Test unter der TA 2 im Kapitel Trainingsaufgabe. Aussagen: 1: Drehzahlunterschied zwischen synchroner Drehzahl und Drehzahl des Läufers 2: Niedriges Anlaufmoment und hoher Anlaufstrom 3: Anlaufstrom und Anlaufmoment werden auf ein Drittel reduziert. 4: Der Motor läuft sanft und ruckfrei an. 5: Durch eine besondere Form der Läuferstäbe wird das Anlaufverhalten des Käfigläufers verbessert. 6: Durch Zuschalten von Widerständen in den Läuferkreis wird der Anlaufstrom verringert und das Anlaufmoment erhöht. 7: Mit nur einer Ständerwicklung lassen sich zwei unterschiedliche Polpaarzahlen erzeugen. Begriffe: Dahlanderschaltung KUSA- Schaltung Stromverdrängungsläufer Schleifringläufer Schlupfdrehzahl Rundstabläufer Stern-Dreieck-Anlassschaltung
gema01q01 73
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
gema01q01 74
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Ausbildung zum Mechatroniker Grundlagen elektromotorischer Antriebe
TA Trainingsaufgabe 3 zum Themenblock
Aufbau und Betriebsverhalten von Gleichstrommoto-ren
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
Ordnen Sie die Begriffe den entsprechenden Aussagen zu. Hinweis: Lösen Sie hierfür den Drag & Drop Test unter der TA 3 im Kapitel Trainingsaufgabe. Aussagen: 1: Überträgt den Strom auf die sich drehende Ankerwicklung. 2: Unterschiedliche Spannungsquellen für Anker- und Erregerstromkreis. 3: sorgt für eine funkenfreie Stromwendung in der Ankerwicklung. 4: Erregerwicklung ist parallel zur Ankerwicklung geschaltet. 5: Drehzahl fällt bei Belastung stark ab. 6: Erzeugt das Magnetfeld des Ständers. 7: Besitzt eine Nebenschluss- und eine Reihenschlusswicklung. Begriffe: Nebenschlussmotor Reihenschlussmotor Stromwender Fremderregter Motor Doppelschlussmotor Erregerwicklung Wendepolwicklung
gema01q01 75
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
gema01q01 76
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Ausbildung zum Mechatroniker Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Bearbeitung der Fallstudie
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
Ihre Aufgabe:
In einem Chemieunternehmen werden zwei Flüssigkeiten in einem Reaktionsbehälter mitein-ander vermischt und erwärmt. Nachdem der alte Rührwerksmotor auf Grund einer Überlastung beschädigt wurde, soll dieser durch einen neuen Motor größerer Leistung ersetzt werden. Sie erhalten den Auftrag, unter Berücksichtigung der geforderten Daten einen neuen Motor auszuwählen und zu installieren. (siehe hierzu unten: Vereinfachtes Technologieschema) Für den Antrieb des Rührwerks ist ein Drehstrom-Käfigläufermotor vorgesehen, der folgende Leistungsdaten erfüllen muss: Nennspannung: 400 V Nennleistung : 2,2 kW Drehzahlbereich : ca. 1000 1/min
Begründen Sie, warum ein Drehstrom-Käfigläufermotor für den Rührwerkmotor die wohl beste Antriebslösung darstellt.
Bestimmen Sie an Hand der beiliegenden Unterlagen (welche Sie in der Dokumenten-
box unter “Datenblätter“ finden) für den Betrieb des Motors
- die Baugröße des Motors, - die erforderliche Gebrauchskategorie und Baugröße des Schützes sowie - die Baugröße und den Typ des Überlastrelais.
gema01q01 77
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
E1
Y1 M1 M3 ~
K1
Y3
Reaktions-behälter
Y2
K1 Leistungsschütz „Rührwerkmotor“ M1 Rührwerkmotor E1 Heizung Y1 Magnetventil „Zulauf Y1“ Y2 Magnetventil „Zulauf Y2“ Y3 Magnetventil „Ablass Y3“
gema01q01 78
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
Motorendatenblatt
gema01q01 79
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
gema01q01 80 gema01q01 80
1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe
gema01q01 81