Elektrische Maschinen Teil: 1 u. 2

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Prof. Dr.-Ing. Eugen 3-14 Elektrische Maschinen P vn ≈ ⎧ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ P P vRN vRN P vnN n ⋅ + P nN n ⋅ + P nN ≈ const. vLN vLN ⎛ ⋅ ⎜ ⎝ n n N ⎞ ⎟ ⎠ 3 bei Eigenbelüftung bei Fremdbelüftung bei kleinen Drehzahländerungen Nach eigenen Untersuchungen überwiegen bei typischen Norm- und Industriemotoren kleinerer und mittlerer Leistung unter Bemessungsbedingungen am Netz normalerweise die Reibungsverluste, wobei man näherungsweise von folgender Verlustaufteilung ausgehen kann 1 2 PvLN : PvRN : PvnN ≈ : : 1 bei Bemessungsdrehzahl nN . 3 3 Auf dieser Basis lassen sich dann auch die mechanischen Verluste bei drehzahlvariabel betriebenen Motoren leicht abschätzen. Außerdem wird neuerdings die Lüfterleistung bei fremd belüfteten Motoren zunehmend separat ausgewiesen. 3.4.3 Anlauf am starren Netz Sofern die Netzverhältnisse es zulassen, schaltet man Asynchronmaschinen möglichst direkt ein. Dabei verhält sich, wie bereits gezeigt, eine stillstehende Asynchronmaschine wie ein kurzgeschlossener Transformator bei voller Netzspannung und der auftretende Netzstrom kann ein Vielfaches des Bemessungsstromes betragen. Dieser muss daher ab bestimmten Leistungen (ca. 4 kW) durch gezielte Maßnahmen reduziert werden. Von besonderem Interesse sind dabei der Einschalt- oder Anlaufstrom I1A und das Anlaufmoment MA, die aus deren allgemeinen Beziehungen durch s = 1 festgelegt sind: ' U1 U1 I1A ≈ I 2 ( s = 1) = = Z ' 2 k 2 R + R + X M A m = ( ) 1Cu 2Cu σ ' '2 ' 2 1R2Cu I 2 m1R2 CuU1 = = 2 ωd ωd Z k ωd ' m R 2 U X ( ) ) . 1 2Cu 1 ' 2 2 R1Cu + R2Cu + σ Die Wahl der Anlassmethode richtet sich dann nach der Größe zulässigen Höhe des Anlaufstromes, den Netzverhältnissen und der Anlaufdauer. 3.4.3.1 Rotoranlasser Da beim Schleifringläufermotor die Kurzschlusswicklung über die Schleifringe zugänglich ist, kann man durch äußere Widerstände RV den Rotorwiderstand R2Cu derart vergrößern, dass z. B. mit ' ' ' ' ∗ R2Cu + RV R2Cu + RV ⎛ RV ⎞ s = = ⋅ = ⋅ 1 = 1 , 2 2 ' ⎜ + ⎟ K sK sK R + X R2Cu ⎝ R2Cu ⎠ 1Cu σ 1 RV 1 R2Cu , s ⎟ K ⎟ ⎛ ⎞ = ⎜ − ⎝ ⎠ der Anlauf bei maximalem Moment und reduziertem Anlaufstrom erfolgt. Natürlich sind auch andere Werte für RV möglich, die während des Hochlaufes auch noch verändert werden können. Nach dem Hochlauf werden die Vorwiderstände dann i. d. R. überbrückt. Bild 3.12 zeigt die Situation beim Anlauf mit Vorwiderstand. Dabei ist allerdings darauf zu achten, dass der Vorwiderstand nicht zu früh überbrückt wird, da es sonst trotzdem zu unzulässigen Stromwerten kommen kann. Zwar haben Schleifringläufermotoren keine große praktische Bedeutung mehr. Die Überlegung zeigt aber den interessanten Einfluss der Rotorwiderstände auf die Anlaufverhältnisse. Dies wird bei den heute üblichen Stromverdrängungsläufern, wie nachfolgend gezeigt, auf interessante Weise genutzt. ⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎬ ⎪ . ⎪ ⎪ ⎭
Prof. Dr.-Ing. Eugen 3-15 Elektrische Maschinen M K I 1A I* 1A M* Bild 3.12 Hochlaufvorgang eines Asynchronmotors mit Rotoranlasser M 0 n* nd n Werte ohne R V Werte mit R V n* = Umschalt - Drehzahl 3.4.3.2 Stromverdrängungsläufer Die Möglichkeit der äußeren Einflussnahme gibt es beim Kurzschlussläufer nicht. Zur Verbesserung der Anlaufeigenschaften netzbetriebener Asynchronmotoren sieht man daher bevorzugt Stromverdrängungsläufer nach Bild 3.13 vor. Bild 3.13 Stabformen bei Stromverdrängungsläufern und deren Auswirkungen auf den Moment- und Stromverlauf [Quelle: Moeller] Durch die besondere Formgebung der Stäbe erreicht man beim Anlauf wegen der hohen Rotorfrequenz durch Wirbelstromeffekte eine starke Widerstandszunahme von R2Cu, die im Normalbetrieb bei der kleinen Schlupffrequenz weitgehend wieder verschwindet. Letzteres ist für gute Wirkungsgrade im Normalbetrieb unerlässlich. Ebenfalls verringert sich die Rotorinduktivität mit zunehmender Rotorfrequenz. Beide Effekte haben bei richtiger Dimensionierung zur Folge, dass sich beim Anlauf der
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