Bei größerem Leistungsbedarf, z.B. in der Industrie, bei der Produktion oder in elektrischen Maschinen, werden Elektromotoren nicht mit Wechselspannung, sondern mit Dreiphasen-Wechselstrom oder auch „Drehstrom“ betrieben. In der Praxis haben sich Kurzschlussläufer bestens bewährt, da sie so gut wie keinerlei Verschleißteile aufweisen und extrem wartungsarm sind.
Aufbau eines Drehstrommotors
Ordnet man drei Drahtspulen (SP1 bis SP3) dreiecksförmig an und verbindet sie mit den drei Phasen, bauen die Spulen ein Magnetfeld auf, das sich im Rhythmus der Netzfrequenz „dreht“.
Nun braucht man nur noch einen magnetischen Rotor in das Zentrum der drei Spulen zu montieren, der vom drehenden Magnetfeld „mitgenommen“ wird.
Demzufolge kommt ein Drehstrommotor Kommutator aus, was den Aufbau deutlich vereinfacht.
Der Rotor
Der Rotor besteht aus einer Welle (1) mit kreisrunden und untereinander isolierten Eisenlamellen (2). In den Rotor sind mehrere massive Metallstäbe (im Bild nicht sichtbar) eingebettet, die als Stromleiter dienen. Auf beiden Seiten des Rotors sind die Metallstäbe mit jeweils einer Metallplatte (3) leitend verbunden (kurzgeschlossen). Der dadurch entstandene Leiterkäfig sorgte für die Bezeichnung Käfigläufer oder auch Kurzschlussläufer.
Das Magnetfeld der Statorspulen (4) induziert in den Leitern des Rotorkäfigs einen Strom, der seinerseits ebenfalls ein Magnetfeld erzeugt. Die gegenseitige Beeinflussung der Magnetfelder sorgt dafür, dass der Rotor in eine Drehbewegung versetzt wird.
Ein weiter vertiefendes Video
Stern-/Dreieck-Schaltung
Aufgrund des hohen Anlaufstromes werden leistungsstarke Drehstrommotoren in Sternschaltung (Skizze A) gestartet. Dadurch sind immer zwei der drei Spulen (SP1 – SP3) in Serie zwischen den Phasen angeordnet. Wenn der Motoren auf Drehzahl gekommen ist, erfolgt die Umschaltung auf Dreieckschaltung (Skizze B), damit der Motor die volle Leistung abgeben kann.
Die Drehzahl ist von der Netzfrequenz und von der Anzahl der Spulenpaare abhängig. Ein Motor mit vier Spulenpaaren hat entsprechend der nachfolgenden Formel eine feste Umdrehungszahl von 750 Umdrehungen pro Minute.
50 Hz x 60 Sekunden/Minute = 3000 : 4 Spulenpaare = 750 Umdrehungen/min
Da der Rotor dem Magnetfeld des Stators nacheilt und nicht synchron ist, werden diese Motoren auch als Asynchronmotoren bezeichnet.
Wenn eine Drehzahlregelung erforderlich ist, müssen Frequenzumrichter benutzt werden. Frequenzumrichter verändern die feste Frequenz der Wechselspannung im Versorgungsnetz in eine variable Frequenz für den angeschlossenen Motor.
Nachfolgend ein Link zu einer Firma, die Frequenzumrichter anbietet.