grundlagen elektrischer antriebe

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1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe G G r r u u n n d d l l a a g g e e n n e e l l e e k k t t r r o o m m o o t t o o r r i i s s c c h h e e r r A A n n t t r r i i e e b b e e gema01q01 1

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Grundlagen elektr antriebe

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    GGrruunnddllaaggeenn eelleekkttrroommoottoorriisscchheerr

    AAnnttrriieebbee

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    Impressum

    An dieser Qualifizierungseinheit haben mitgewirkt

    Herausgeber:

    IHK fr 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 Nssel, 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, vervielfltigt oder verbreitet werden. Auch die Rechte der Wiedergabe durch Vortrag, Funk und Fernsehen sind vorbehal-ten. Text, Abbildungen und Programme wurden mit grter Sorgfalt erarbeitet. Herausgeber, Pro-grammierer und Autoren knnen jedoch fr eventuell verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung bernehmen.

    Namensschutz:

    Die meisten in dieser Einheit erwhnten 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 erwhnt werden, sind eingetragene Warenzeichen der Microsoft Corporation.

    Inhaltliche Verantwortung:

    Diese Qualifizierungseinheit enthlt Verweise (sogenannte Hyperlinks) auf Seiten im World Wide Web. Wir mchten darauf hin weisen, dass wir keinen Einfluss auf die Gestaltung sowie die Inhalte der ge-linkten Seiten haben. Deshalb distanzieren wir uns hiermit ausdrcklich von allen Inhalten der Seiten, auf die aus unserem Lerninhalt verwiesen wird. Diese Erklrung gilt fr alle in diesem Lerninhalt aus-gebrachten Links und fr alle Inhalte der Seiten, zu denen Links oder Banner fhren.

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    Impressum.......................................................................................................................................... 2 Firmenvorstellung.............................................................................................................................. 4 Leitfragen............................................................................................................................................ 6 1.0 Kapitelbersicht........................................................................................................................... 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 Baugren....................................................................................................................... 20 1.12 Schutzarten elektrischer Betriebsmittel....................................................................... 21

    2.0 Kapitelbersicht......................................................................................................................... 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 Ma fr 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 Stnderanlasser mit Widerstnden .............................................................................. 42 2.14 KUSA-Schaltung............................................................................................................. 43 2.15 Der Stromverdrngungslufer ...................................................................................... 44 2.16 Asynchronmotor mit Schleifringlufer......................................................................... 45 2.17 Schleifringlufermotor mit Luferanlasser.................................................................. 46 2.18 Hochlaufkennlinien eines Schleifringlufermotors .................................................... 47 2.19 Drehzahlnderung von Asynchronmotoren ................................................................ 48

    3.0 Kapitelbersicht......................................................................................................................... 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 Drehrichtungsnderung................................................................................................... 61 3.7 Drehzahlsteuerung ber 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

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    Einfhrung Firmenvorstellung

    Firmenchronik: Die Firma Automatico ist eine traditionsreiche Firma mit langjhriger Erfahrung auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik. Sie entstand aus einem Familienbetrieb, der sich mit Maschinen fr die Blechumformung befasste. Anfang 1995 wurde auf die stark wachsende Automatisierungstechnik mit der Suche nach Vertriebs-partnern reagiert. Heute beschftigt die Firma Automatico 60 Mitarbeiter, die fr viele metallverarbeitende Branchen Automatisierungsmglichkeiten kon-struieren und umsetzen.

    Produktgeschichte: Von einem reinen Maschinenbauunternehmen entwickelte sich die Automatico in den 90er Jah-ren zu einer mittelstndischen Automatisierungsfirma, was auch zur Umbenennung in den jet-zigen Namen fhrte. Nicht zuletzt bescherte der Wunsch nach mehr Automatisierung der Firma eine groe Anzahl neuer Kunden. Schon bei der ersten Herstellung von Blechbearbeitungsma-schinen lag der Firmenschwerpunkt auf der Automatisierung von Fertigungsablufen der Blechbearbeitung.

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    Einfhrung Fallstudie

    In einem Chemieunternehmen werden zwei Flssigkeiten in einem Reaktionsbehlter mitein-ander vermischt und erwrmt. Nachdem der alte Rhrwerksmotor auf Grund einer berlastung beschdigt wurde, soll dieser durch einen neuen Motor grerer 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 berlastung wurde der Motor beschdigt.

    Bernd Wolf Was fr einen Motor?

    Franz Huber Ein alter Rhrwerkmotor. Am besten schauen wir uns das mal in der Simulation1 an.

    1

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    http://www.buginword.com

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    Einfhrung Leitfragen

    Diese Leitfragen sollen Ihnen den Einstieg in die Qualifizierungseinheit ermglichen. Nehmen Sie sich die Zeit und notieren Sie bitte ganz spontan auf einem Blatt Papier, was Ihnen als Ant-worten einfllt.

    Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Skripts.

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen

    1.0 Kapitelbersicht

    Kapitelbezogene Eingangsfragen: Welche Informationen knnen dem Leistungsschild eines Elektromotors ent-nommen werden? Wie kann ein Elektromotor vor berlastung geschtzt 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 Baugren 1.5 Wirkungsgrad 1.6 Leistungsschild eines Motors

    1.12 Schutzarten elektrischer ____Betriebsmittel

    1.7 Motor und Arbeitsmaschine 1.13 Motorschutz

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  • 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.

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen

    1.2 Auswahl eines Antriebsmotors

    Leistungsbedarf der Arbeitsmaschine

    Betriebsdauer und Schalthufigkeit

    Stromart, Netzspannung und Netzfrequenz

    Drehzahl und Drehrichtung

    Aufstellungsort und Aufstellungsart

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  • 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 gewnschten Drehzahl n zu liefern. Der Zusammenhang zwischen mechanischer Leistung, Drehmoment und Drehzahl ergibt sich aus folgender Formel:

    P = M 2 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.

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen

    1.4 Motorverluste

    - Reibungsverluste in den Lagern und an den Brsten

    - Eisenverluste durch Wirbelstrme und Ummagnetisierung

    - Erregerverluste beim Aufbau des Magnetfeldes

    - Wicklungsverluste durch den Stromfluss in den Motorwicklungen

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    Der Wirkungsgrad eines Elektromotors ist durch das Verhltnis von abgegebener mechani-scher Leistung Pab (P2) zur aufgenommenen elektrischen Leistung Pzu (P1) gegeben.

    Merksatz: Die abgegebene Leistung ist immer kleiner als die zugefhrte Leistung.

    1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen

    1.5 Wirkungsgrad

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen

    1.6 Leistungsschild eines Motors

    Die wichtigsten Angaben fr den Anwender sind:

    Nennleistung (Bemessungsleistung)

    Nennspannung (Bemessungsspan-nung)

    Nennstrom (Bemessungsstrom)

    Nenndrehzahl (Bemessungsdrehzahl)

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  • 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 gr-er, als das Drehmoment des Motors ist.

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  • 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 hitzebestndige Lei-tungen und Wicklun-gen, Isolierschluche, Abdeckung

    geschichtete Glasfa-ser, Glimmer

    C > 180 C hitzefeste Wicklungen, Isolatoren Glas, Porzellan, Quarz, Glimmer

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  • 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 Erwrmung 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 abkhlt.

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    Aussetzbetrieb S3, S4, S5 Beim Aussetzbetrieb S3, S4 und S5 wechseln konstante Belas-tung und Stillstand dauernd ab. Die Spieldauer betrgt meistens 10 Minuten. In den Pausen kommt es zu keiner vollkommenen Abkhlung des Motors auf die Ausgangstemperatur. Die Einschaltdauer ED wird in % der Spieldauer angegeben. Normwerte fr ED sind 15%, 25%, 40%, 60%. Eine umfassende Beschreibung der Betriebsarten S1 bis S10 er-halten Sie in einem Tabellenbuch Elektrotechnik oder Mechatro-nik.

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen

    1.10 Bauformen

    Nach DIN IEC 34 wird bezglich der Bauformen elektrischer Maschinen zwischen Code I und Code II unterschieden.

    Code I: gltig fr Maschinen mit Schildla-gern und einem freien Wellenende

    Grundkennzeichen IM

    Angabe der Betriebslage (3. Buchstaben)

    Angaben ber Befesti-gungsart und Wellenende (Zahl)

    Code II: Der IEC-Code II gilt fr 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

    Fumotoren alle Baugren

    Code I (Code II) Code I (Code II) IM B3 (IM 1001)

    Welle horizon-tal

    Fe auf dem Boden

    IM B8 (IM 1071)

    Welle horizon-tal

    Fe nach o-ben

    IM B6 (IM 1051)

    Welle horizon-tal

    Fe an der Wand und links bei Blick auf Wellenen-de

    IM V5 (IM 1011)

    Welle vertikal nach unten

    Fe an der Wand

    IM B7 (IM 1061)

    Welle horizon-tal

    Fe an der Wand und rechts bei Blick auf Wel-lenende

    IM V6 (IM 1031)

    Welle vertikal nach oben

    Fe an der Wand

    Flanschmotoren, A-Flansch mit Durchgangslchern alle Baugren

    Code I (Code II) Code I (Code II) IM B5 (IM 3001)

    Welle horizon-tal

    IM B35 (IM 2001)

    Welle horizon-tal

    Fe auf dem Boden

    IM V1 (IM 3011)

    Welle vertikal nach unten

    IM V15 (IM 2011)

    Welle vertikal nach unten

    Fe an der Wand

    IM V3 (IM 3031)

    Welle vertikal nach oben

    IM V36 (IM 2031)

    Welle vertikal nach oben

    Fe an der Wand

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen

    1.11 Baugren

    Motoren mit gleicher Leistung bei unterschiedlichen Drehzahlen besitzen unterschiedliche Drehmomente und damit verschiedene Baugren.

    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

    Baugre 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

    Baugre 100 mm 100 mm 100 mm

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen

    1.12 Schutzarten elektrischer Be-triebsmittel

    Schutzarten fr elektrische Maschinen werden nach DIN 40050 durch die Kennbuchstaben IP und zwei Kennziffern fr den Schutzgrad angegeben.

    Weitere Erklrungen zu den Schutzarten elektrischer Betriebsmittel finden Sie, in der Tabelle zu den Schutzarten. Kennziffer Berhrungsschutz Fremdkrperschutz 0 kein Schutz Kein Personenschutz gegen zuflliges

    Berhren unter Spannung stehender oder sich bewegender Teile. Kein Be-triebsmittelschutz gegen Eindringen von festen Krpern.

    1 Berhrungsschutz gegen Zugang mit Handrcken > 50 mm

    Schutz gegen Fremdkrper > 50 mm

    2 Berhrungsschutz gegen Zugang mit einem Finger > 12 mm > 80 mm Lnge

    Schutz gegen Fremdkrper > 12,5 mm

    3 Berhrungsschutz gegen Zugang mit Werkzeug > 2,5 mm

    Schutz gegen Fremdkrper > 2,5 mm

    4 Berhrungsschutz gegen Zugang mit einem Draht > 1 mm

    Schutz gegen Fremdkrper > 1 mm

    5 Berhrungsschutz gegen Zugang mit einem Draht > 1 mm

    staubgeschtzt

    6 Berhrungsschutz gegen Zugang mit einem Draht > 1 mm

    staubdicht

    gema01q01 21

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    1 Anpassung des Antriebsmotors an die Be-triebsbedingungen

    1.13 Motorschutz

    Um lange Lebensdauer zu gewhrleisten und teure Reparaturen zu vermeiden, ist es wichtig, Motoren immer innerhalb ihrer Nennparameter arbeiten zu lassen. Bei berschreitung der zu-lssigen Stromstrke und daraus folgend der berschreitung der zulssigen Temperaturwerte mssen Motoren abgeschaltet werden.

    Motorstrom Ursachen eines zu groen Motorstromes2 sind verschieden:

    Eine mechanische berlastung durch die anzutreibende Arbeitsmaschine hat eine elektrische berlastung zur Fol-ge. Es fliet bei Nennspannung ein berlaststrom.

    Eine Spannungsabsenkung im Versorgungsnetz fhrt bei unverminderter mechanischer Belastung zu einem ver-grerten Strom.

    Bei einer Leitungsunterbrechung luft ein arbeitender Drehstrommotor meist weiter. Die Stromstrke in den nicht unterbrochenen Strngen steigt ber den Nennwert an.

    Elektrische Fehler im Motor selbst, z.B. Wicklungsschls-se, fhren zu berstrom.

    2 In jedem Antrieb kommt dem Motor auch aus sicherheitstechnischer Sicht eine groe Bedeu-tung zu. Ganz wichtig ist es, den Motor vor unzulssig hoher Erwrmung, infolge eines zu gro-en Motorstromes, zu schtzen.

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    Schutz durch Motorschutzre-lais

    Schutz bei berlastung durch Stromberwachung

    Kein Kurzschlussschutz, daher sind Sicherungen notwen-dig

    Einstellung des Relais3 auf den Motornennstrom

    Schutz durch Motorschutz-schalter

    Mit thermischer berstromauslsung und magnetischer Schnellauslsung.

    Schutz bei berlastung und Kurzschluss.

    Einstellung des Schalters4 auf den Motorenstrom.

    Allpolige Abschaltung und Freiauslsung.

    3 Motorschutzrelais berwachen die Wicklungstemperatur indirekt ber die Stromaufnahme des Motors. 4 Motorschutzschalter sind gleichzeitig Schalter und Schutzeinrichtung. Sie dienen dem be-triebsmigen Ein- und Ausschalten von Motoren. Eigenfeste Motorschutzschalter knnen ohne Vorsicherung betrieben werden.

    gema01q01 23

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    Motorvollschutz mit Tempera-turfhlern

    Durch Temperaturfhler5 in der Wicklung zuverlssiger Schutz.

    Motor ist auch bei behinderter Khlung vollstndig ge-schtzt.

    Halbleiter-Temperaturfhler wirken auf das Auslsegert ein, welches das Motorschtz schaltet.

    5 Ein wirksamer Motorschutz kann dadurch erfolgen, dass die Wicklungstemperatur direkt mit Temperaturfhlern erfasst wird, die in den Motorwicklungen untergebracht sind. Der Motor-vollschutz wird bei erschwerten Betriebsbedingun

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren

    2.0 Kapitelbersicht

    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 Stnderanlasser mit Widerstnden 2.3 Entstehung der Drehbewegung 2.14 KUSA-Schaltung 2.4 Der Schlupf 2.15 Der Stromverdrngungslufer 2.5 Anschluss eines Drehstrommotors an das Netz 2.16 Asynchronmotor mit Schleifringlufer

    2.6 nderung der Drehrichtung 2.17 Schleifringlufermotor mit Luferanlas-ser

    2.7 Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie 2.18 Hochlaufkennlinien des Schleifringlu-fermotors

    2.8 Strom-Drehzahl-Kennlinie 2.19 Drehzahlnderung von Asynchronmoto-ren 2.9 Anlaufeigenschaften von Asynchronmoto-ren

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren

    2.1.0 Aufbau eines Asynchronmotors

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  • 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 Lufer oder Rotor, und einem fest mit dem Ge-huse verbundenen Teil, dem Stnder oder Stator. Lufer und Stnder bestehen aus einzelnen, voneinander isolier-ten Blechen zur Vermeidung von Wirbelstrmen.

    Klemmbrett und Stnder-blechpaket

    Im Stnderblechpaket ist die dreiphasige Erregerwicklung unter-gebracht. Anfang und Ende eines jeden Strangs fhren zum Klemmbrett.

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    Luferblechpaket und Luft-spalt

    Die Welle wird in Wlzlagern so gelagert, dass zwischen dem Stnder- und dem Luferblechpaket nur ein schmaler Luftspalt entsteht.

    Lfter und Welle Die in der Maschine entstehende Wrme wird ber Khlrippen und einen Lfter nach auen gefhrt. 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 Kurzschlusslufers besteht aus Leiterstben, die an den Stirnseiten durch Ringe kurzgeschlossen sind.

    Im Gegensatz zu anderen Motoren bentigt dieser Lufer keine elektrische Verbindung zum Netz.

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren

    2.2.0 Drehfelddrehzahl

    Magnetpole treten immer paarweise auf. Zu einem Nordpol gehrt stets ein Sdpol. 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.

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  • 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:

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren

    2.3 Entstehung der Drehbewegung

    Die Drehrichtung des Lufers stimmt mit der Drehrichtung des Stnderfeldes berein.

    Durch den Drehstrom entsteht in der Stnderwicklung ein Drehfeld.

    Dieses induziert in den Lufer-stben eine Spannung.

    Da die Luferstbe kurzge-schlossen sind, flieen durch sie Strme, die von einem Magnetfeld umgeben sind.

    Durch die berlagerung der Magnetfelder wirken auf die Leiterstbe Krfte.

    Diese Krfte verursachen ein Drehmoment, so dass sich der Lufer dreht.

    Die Drehrichtung des Lufers stimmt mit der Drehrichtung des Stnderfel-des berein.

    Eine Asynchronmaschine kann aus eigener Kraft die Drehfelddrehzahl nicht erreichen.

    Interaktionsfragen Wodurch wird die Drehung verursacht?

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren

    2.4 Der Schlupf - ein Ma fr die Ab-weichung der Drehzahl

    Bei Belastung des Motors nimmt seine Drehzahl n ab und damit der Schlupf s zu.

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  • 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 drehzahlabhngig. Der Zusammenhang zwischen Drehmoment und Drehzahl wird anschaulich durch eine Kennlinie beschrieben.

    Das Kippmoment MK ist das grte Drehmoment, das der Motor abgeben kann. Wird der Motor darber 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 whrend 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, whrend die Drehzahl abnimmt. Wird der Motor ber 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 Rundstablufer besitzen trotz hoher Anzugsstrme nur ein relativ ge-ringes Anzugsmoment.

    gema01q01 38

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    Bei Belastung fllt die Drehzahl n nur geringfgig ab. Der Wirkungsgrad (eta) und der Leistungsfaktor cos (phi) sind stark belastungsabhngig. Die Motoren sind so ausgelegt, dass bei Nennbetrieb das Produkt aus eta und cos mglichst gro wird. Der Motorstrom nimmt bei Belas-tung stark zu.

    Ein Drehstrommotor sollte stets mit Volllast betrieben werden. Ist er fr den Antrieb berdi-mensioniert, arbeitet er mit hheren 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 fr Drehstrommotoren z.B. ein Grenzwert von 60 A festgelegt. Der Einschaltstrom kann grundstzlich durch zwei Verfahren herabgesetzt werden: 1. Herabsetzen der Stnderspannung

    Stern-Dreieck-Schaltung

    Stnderanlasser

    Kusa-Schaltung

    2. Vergrerung des Luferwiderstandes

    Stromvernderungslufer

    Schleifringlufermotor

    gema01q01 40

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    Die Stern-Dreieck-Umschaltung kann nur bei solchen Motoren erfolgen, deren Wicklungs-strnge fr 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 fr Schweranlauf.

    2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren

    2.12 Stern-Dreieck-Anlassschaltung

    Netzschtz Dreieckschtz Sternschtz

    gema01q01 41

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren

    2.13 Stnderanlasser mit Widerstnden

    Beim Anlauf des Motors verringern vorgeschaltete Wirkwiderstnde die Spannung an der Stnderwicklung. Nach dem Hochlaufen werden die Widerstnde berbrckt.

    Die Herabsetzung des Anlaufstromes ist mit einem starken Abfall des Anlaufmomentes ver-bunden. Widerstnde

    gema01q01 42

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren

    2.14 KUSA-Schaltung

    Fgt man einen Widerstand in die Zuleitung eines Auenleiters zur Stnderwicklung ein, so wird das Drehmoment herabgesetzt.

    Die KUSA-Schaltung verwendet man bei Motoren bis ca. 2 kW, z. B. fr Textilmaschinen. Widerstand

    gema01q01 43

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren

    2.15 Der Stromverdrngungslufer

    Vergrerte Wirkwiderstnde im Luferkreis des Asynchronmotors verbessern sein Anlaufver-halten. Durch besondere Formgebung der Stbe des Kfiglufers ist dies erreichbar.

    Merksatz: Stromverdrngungslufer haben ein greres Anzugsmoment und einen kleineren Anzugs-strom.

    Doppelkfiglufer Hochstablufer Rundstablufer

    gema01q01 44

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren

    2.16 Asynchronmotor mit Schleifring-lufer

    gema01q01 45

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren

    2.17 Schleifringlufermotor mit Lufer-anlasser

    Mit zunehmender Drehzahl werden die Widerstandsgruppen R1, R2 und R3 nacheinander ab-geschaltet. Nach Erreichen der Nenndrehzahl wird die Luferwicklung kurzgeschlossen. Der Motor arbeitet dann wie ein Kurzschlusslufer.

    gema01q01 46

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren

    2.18 Hochlaufkennlinien eines Schleif-ringlufermotors

    Das Anzugsmoment kann bei geeigneter Wahl der Anlasswiderstnde bis zum Kippmoment gesteigert werden.

    Merksatz: Schleifringlufermotoren entwickeln ein hohes Anlaufmoment bei kleinem Anlaufstrom. Sie knnen unter Last anlaufen.

    gema01q01 47

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren

    2.19 Drehzahlnderung von Asyn-chronmotoren

    gema01q01 48

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    2 Aufbau und Betriebsverhalten von Asyn-chronmotoren

    2.19 Drehzahlnderung von Asynchronmotoren

    Motoren mit getrennten Stn-derwicklungen

    Motoren mit zwei voneinander unabhngigen Stnderwicklungen knnen mit zwei Drehzahlen betrieben werden, die in einem belie-bigen Verhltnis zueinander stehen. Die Drehzahl von Asynchronmotoren kann durch die Frequenz f und die Polpaarzahl p beeinflusst werden.Durch nderung der Polzahl in der Stnderwicklung lsst sich die Drehzahl grobstufig verndern. Die Anschlsse fr die niedrige Drehzahl werden mit 1U, 1V und 1W bezeichnet. Fr die hohe Drehzahl werden die Auenleiter 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-hltnis 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 vernderter Frequenz f2, Spannung U2 und Strom l2 entstehen lassen kann. Mit diesen Umrichtern sind auch Drehzahlen mg-lich, die hher als 3000 min sind. Die Drehfelddrehzahl kann mit Hilfe von Frequenzumrichtern ver-ndert werden.

    gema01q01 51

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren

    3.0 Kapitelbersicht

    Kapitelbezogene Eingangsfragen: Welche Aufgabe hat der "Kollektor" eines Gleichstrommotors? Erklren 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 Drehrichtungsnderung 3.7 Drehzahlsteuerung ber 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 groer Drehzahlstellenbe-reich, ein hohes Anzugsmoment und eine gute Regelbarkeit gefordert werden.

    Erregerwicklung Der Stnder eines Gleichstrommotors hat ausgeprgte 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 Lufer trgt 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, -bertrgt den Strom von den fest stehenden Brsten auf die sich drehende Luferwicklung.

    gema01q01 55

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    Klemmbrett Die Anfnge und Enden der verschiedenen Motorwicklungen wer-den auf das Klemmbrett gefhrt.

    gema01q01 56

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren

    3.2 Anker eines Gleichstrommotors

    Betrachten wir uns den Lufer eines Gleichstrommotors noch etwas genauer. Der Lufer oder Anker besteht aus einer Stahlwelle mit aufgepresstem Blechpaket zur Vermeidung von Wirbel-strmen. Die Ankerwicklung besteht aus Teilspulen, die unterschiedlich zusammengeschaltet werden knnen.

    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 Anschlsse, 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 Lufers, welches im Zusammenwirken mit dem Magnetfeld des Stnders ein Drehmoment entwickelt.

    Wendepolwicklung: Sorgt fr eine funkenfreie Stromwendung in der Ankerwicklung und verringert das Brsten-feuer.

    Kompensationswicklung: Verhindert eine Verzerrung des magnetischen Feldes im Bereich der Hauptpole.

    Erregerwicklung Reihenschluss: Erzeugt das Magnetfeld des Stnders und ist in Reihe mit der Ankerwicklung geschaltet.

    Erregerwicklung Nebenschluss: Erzeugt das Magnetfeld des Stnders und ist parallel zur Ankerwicklung geschaltet.

    Erregerwicklung fremderregt: Erzeugt das Magnetfeld des Stnders und ist an eine eigene Spannungsquelle angeschlos-sen.

    gema01q01 59

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    3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren

    3.5 Anlassen von Gleichstrommotoren

    Gleichstrommotoren haben einen kleinen Ankerwiderstand. Bei direktem Einschalten an die volle Netzspannung wrde ein Strom flieen, der ein Vielfaches des Nennstro-mes betrgt.

    Ursache dafr ist, dass im Stillstand noch keine Gegenspannung U0 im Anker induziert wird.

    Deshalb mssen bei greren Motoren, die Anlasswiderstnde in Reihe mit der Anker-wicklung geschaltet werden.

    Whrend des Hochlaufens steigt die Gegenspannung an, die Anlasswiderstnde wer-den bis auf Null verringert. Durch die moderne Stromrichtertechnik knnen heute Gleichstrommotoren verlustarm hochgefahren werden, ohne dass der eingestellte maximale Strom berschritten wird. (Ersatzschaltbild6 des Ankerstromkreises)

    6 Ein wirksamer Motorschutz kann dadurch erfolgen, dass die Wicklungstemperatur direkt mit Temperaturfhlern erfasst wird, die in den Motorwicklungen untergebracht sind. Der Motor-vollschutz wird bei erschwerten Betriebsbedingun

    gema01q01 60

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    3.6 Drehrichtungsnderung

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    3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren

    3.7 Drehzahlsteuerung ber die Anker-spannung

    Bei annhernd gleichbleibendem Ankerstrom kann die Drehzahl proportional zur Ankerspan-nung gesteuert werden. Die Drehzahl lsst sich damit bis zum Ankerstillstand verringern.

    Eine Drehzahlsteuerung durch Vernderung der Ankerspannung sollte nur unterhalb der Nenndrehzahl erfolgen, da der Motor sonst berlastet und mglicherweise beschdigt wird.

    gema01q01 62

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    3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren

    3.8 Drehzahlsteuerung oberhalb der Nenndrehzahl

    Die Drehzahl verhlt sich bei konstanter Ankerspannung zum Erregerstrom annhernd umge-kehrt proportional.

    Merksatz: Durch eine Verringerung des Erregerstromes, kann die Motordrehzahl ber die Nenndrehzahl hinaus erhht werden. Da die Leistung in diesem Drehzahlbereich nicht weiter erhht werden kann, nimmt das Drehmoment bei Erhhung der Drehzahl ab.

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    3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren

    3.9.0 Schaltungen: Fremderregter Mo-tor

    Beim fremderregten Motor wird der Erregerstrom von einer unabhngigen Spannungsquelle geliefert. Motoren mit Dauermagneten an Stelle der Erregerwicklung sind ebenfalls fremderreg-te Motoren. Fremderregte Motoren werden fr Antriebe verwendet, deren Drehzahl lastunabhngig in gro-em Umfang gesteuert wird.

    Ziehen Sie die Leiterbezeichnungen an die Anschlsse des Klemmbretts7, so dass sich die Drehrich-tung fr Linkslauf ergibt.

    7 Ein wirksamer Motorschutz kann dadurch erfolgen, dass die Wicklungstemperatur direkt mit Temperaturfhlern erfasst wird, die in den Motorwicklungen untergebracht sind. Der Motor-vollschutz wird bei erschwerten Betriebsbedingun

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    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 fllt bei Belastung jedoch etwas strker ab, da das Erreger-feld indirekt vom Ankerstrom beeinflusst wird. Nebenschlussmotoren werden fr Antriebe wie fremderregte Motoren verwendet.

    Vervollstndigen Sie per Drag & Drop den Anschluss an das Klemmbrett8 fr Linkslauf.

    8 Ein wirksamer Motorschutz kann dadurch erfolgen, dass die Wicklungstemperatur direkt mit Temperaturfhlern erfasst wird, die in den Motorwicklungen untergebracht sind. Der Motor-vollschutz wird bei erschwerten Betriebsbedingun

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    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 grte 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 fr Elekt-rofahrzeuge und bei Hebezeugen eingesetzt.

    Vervollstndigen Sie per Drag & Drop den Anschluss an das Klemmbrett9 fr Linkslauf.

    9 Ein wirksamer Motorschutz kann dadurch erfolgen, dass die Wicklungstemperatur direkt mit Temperaturfhlern erfasst wird, die in den Motorwicklungen untergebracht sind. Der Motor-vollschutz wird bei erschwerten Betriebsbedingun

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    3 Aufbau und Betriebsverhalten von Gleich-strommotoren

    3.9.3 Schaltung: Doppelschlussmotor

    Der Doppelschlussmotor hat zustzlich zur Nebenschlusswicklung eine Reihenschlusswick-lung. Je nach Auslegung der Wicklungen kann das Betriebsverhalten des Motors mehr zum Nebenschluss- oder mehr zum Reihenschlussverhalten beeinflusst werden.

    Vervollstndigen Sie per Drag & Drop den Anschluss an das Klemmbrett10 fr Linkslauf.

    10 Ein wirksamer Motorschutz kann dadurch erfolgen, dass die Wicklungstemperatur direkt mit Temperaturfhlern erfasst wird, die in den Motorwicklungen untergebracht sind. Der Motor-vollschutz wird bei erschwerten Betriebsbedingun

    gema01q01 67

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  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    Abschluss Lerneinheit Bearbeitung der Fallstudie

    Bitte bearbeiten Sie zur Fallstudie folgende Aufgabe:

    In einem Chemieunternehmen werden zwei Flssigkeiten in einem Reaktionsbehlter miteinander vermischt und erwrmt.

    Nachdem der alte Rhrwerksmotor auf Grund einer berlastung beschdigt wurde, soll dieser durch einen neuen Motor grerer Leistung ersetzt werden.

    Sie erhalten den Auftrag, unter Bercksichtigung der geforderten Daten einen neuen Motor auszuwhlen und zu installieren.

    Hinweis: ffnen 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.

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  • 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 anschlieend in einem Ordner, auf den Sie stets zugreifen knnen und ergnzen jeweils diese Fragen um das erlernte Wissen. Am Ende der Qualifizierungseinheit sollten Sie die Antworten komplett berarbeitet 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: Lsen Sie hierfr 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 Temperaturbestndigkeit 3: Verlustleistung bedingt durch Ummagnetisierung und Wirbelstrme 4: Anpassung des Elektromotors an den Belastungsrhythmus der Arbeitsmaschine 5: Verhltnis der abgegebenen zur aufgenommenen Leistung 6: Schutz gegen Eindringen von Fremdkrpern 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: Lsen Sie hierfr den Drag & Drop Test unter der TA 2 im Kapitel Trainingsaufgabe. Aussagen: 1: Drehzahlunterschied zwischen synchroner Drehzahl und Drehzahl des Lufers 2: Niedriges Anlaufmoment und hoher Anlaufstrom 3: Anlaufstrom und Anlaufmoment werden auf ein Drittel reduziert. 4: Der Motor luft sanft und ruckfrei an. 5: Durch eine besondere Form der Luferstbe wird das Anlaufverhalten des Kfiglufers verbessert. 6: Durch Zuschalten von Widerstnden in den Luferkreis wird der Anlaufstrom verringert und das Anlaufmoment erhht. 7: Mit nur einer Stnderwicklung lassen sich zwei unterschiedliche Polpaarzahlen erzeugen. Begriffe: Dahlanderschaltung KUSA- Schaltung Stromverdrngungslufer Schleifringlufer Schlupfdrehzahl Rundstablufer 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: Lsen Sie hierfr den Drag & Drop Test unter der TA 3 im Kapitel Trainingsaufgabe. Aussagen: 1: bertrgt den Strom auf die sich drehende Ankerwicklung. 2: Unterschiedliche Spannungsquellen fr Anker- und Erregerstromkreis. 3: sorgt fr eine funkenfreie Stromwendung in der Ankerwicklung. 4: Erregerwicklung ist parallel zur Ankerwicklung geschaltet. 5: Drehzahl fllt bei Belastung stark ab. 6: Erzeugt das Magnetfeld des Stnders. 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 Flssigkeiten in einem Reaktionsbehlter mitein-ander vermischt und erwrmt. Nachdem der alte Rhrwerksmotor auf Grund einer berlastung beschdigt wurde, soll dieser durch einen neuen Motor grerer Leistung ersetzt werden. Sie erhalten den Auftrag, unter Bercksichtigung der geforderten Daten einen neuen Motor auszuwhlen und zu installieren. (siehe hierzu unten: Vereinfachtes Technologieschema) Fr den Antrieb des Rhrwerks ist ein Drehstrom-Kfiglufermotor vorgesehen, der folgende Leistungsdaten erfllen muss: Nennspannung: 400 V Nennleistung : 2,2 kW Drehzahlbereich : ca. 1000 1/min

    Begrnden Sie, warum ein Drehstrom-Kfiglufermotor fr den Rhrwerkmotor die wohl beste Antriebslsung darstellt.

    Bestimmen Sie an Hand der beiliegenden Unterlagen (welche Sie in der Dokumenten-

    box unter Datenbltter finden) fr den Betrieb des Motors

    - die Baugre des Motors, - die erforderliche Gebrauchskategorie und Baugre des Schtzes sowie - die Baugre und den Typ des berlastrelais.

    gema01q01 77

  • 1 - Grundlagen elektromotorischer Antriebe

    E1

    Y1 M1 M3 ~

    K1

    Y3

    Reaktions-behlter

    Y2

    K1 Leistungsschtz Rhrwerkmotor M1 Rhrwerkmotor 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

    ImpressumAn dieser Qualifizierungseinheit haben mitgewirktHerausgeber:Inhaltliche Konzeption:Produktion/ Umsetzung:Redaktionelle Betreuung:Rechte:Namensschutz:Inhaltliche Verantwortung:

    FirmenvorstellungLeitfragen1.0 KapitelbersichtKapitelbezogene Eingangsfragen:Themen:

    1.1 Elektromotoren sind Energiewandler1.2 Auswahl eines Antriebsmotors1.3 Motorleistung und Drehmoment1.4 Motorverluste1.5 Wirkungsgrad1.6 Leistungsschild eines Motors1.7 Motor und Arbeitsmaschine1.8 Isolierstoffklassen1.10 BauformenAuswahl an Bauformen1.11 Baugren1.12 Schutzarten elektrischer Betriebsmittel2.0 KapitelbersichtKapitelbezogene Eingangsfragen:Themen:

    2.1.0 Aufbau eines Asynchronmotors2.1.1 Wicklung eines Motors2.2.0 Drehfelddrehzahl2.2.1 Drehfelddrehzahl - Gleichung2.3 Entstehung der Drehbewegung2.4 Der Schlupf - ein Ma fr die Abweichung der2.5 Anschluss eines Drehstrommotors an das Netz2.6 Umkehr der Drehrichtung2.7 Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie2.8 Strom-Drehzahl-Kennlinie2.9 Anlaufeigenschaften von Asynchronmotoren2.10 Betriebskennlinien des Asynchronmotors2.11 Anlassen von Asynchronmotoren2.12 Stern-Dreieck-Anlassschaltung2.13 Stnderanlasser mit Widerstnden2.14 KUSA-Schaltung2.15 Der Stromverdrngungslufer2.16 Asynchronmotor mit Schleifringlufer2.17 Schleifringlufermotor mit Luferanlasser2.18 Hochlaufkennlinien eines Schleifringluferm2.19 Drehzahlnderung von Asynchronmotoren3.0 KapitelbersichtKapitelbezogene Eingangsfragen:Themen:

    3.1 Aufbau von Gleichstrommotoren3.2 Anker eines Gleichstrommotors3.3 Anschlussbezeichnungen der Motorwicklungen3.4 Aufgabe der Wicklungen im Gleichstrommotor3.5 Anlassen von Gleichstrommotoren3.6 Drehrichtungsnderung3.7 Drehzahlsteuerung ber die Ankerspannung3.8 Drehzahlsteuerung oberhalb der Nenndrehzahl3.9.0 Schaltungen: Fremderregter Motor3.9.1 Schaltung: Nebenschlussmotor3.9.2 Schaltung: Reihenschlussmotor3.9.3 Schaltung: DoppelschlussmotorBearbeitung der FallstudieAnlagenGrundlagen elektromotorischer AntriebeTATrainingsaufgabe 1 zum Themenblock

    Auswahl eines AntriebsmotorsGrundlagen elektromotorischer AntriebeTATrainingsaufgabe 2 zum Themenblock

    Aufbau und Betriebsarten von AsynchronmotorenGrundlagen elektromotorischer AntriebeTATrainingsaufgabe 3 zum Themenblock

    Aufbau und Betriebsverhalten von GleichstrommotorenGrundlagen elektromotorischer AntriebeBearbeitung der Fallstudie

    Ihre Aufgabe: