Elektrische Maschinen Teil: 1 u. 2

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Prof. Dr.-Ing. Eugen 3-26 Elektrische Maschinen Bild 3.24 Schaltungen zweisträngiger Kondensatormotoren [Quelle: Stölting] Dabei gibt es folgende Möglichkeiten: - über einen Anlaufkondensator ist die Hilfswicklung nur während des Hochlaufes ans Netz angeschlossen, - der Hilfsstrang bleibt über einen Betriebskondensator dauernd an das Netz angeschlossen, oder - der Betriebskondensator wird während des Hochlaufes zusätzlich durch einen Anlaufkondensator vergrößert. Die so erreichbaren Momentkennlinien sind u. a. in Bild 3.25 eingetragen. Bild 3.25 Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien bei gleicher Motorgröße [Quelle: Moeller] Als Richtwert für günstige Kapazitätswerte des Betriebskondensators gilt: CB = ⋅( U 1 / I ) ⋅ü 2 1+ ü P1 ≈ 2 2ω1U 1 U C = ω 1 1+ ü 1 2 1 ⋅U 1 AP ≈ 2U 1 mit 1 Zweiphasen- und Dreiphasenmotor 2 Einphasenmotor mit Anlaufkondensator 3 Einphasenmotor mit Betriebskondensator 4 Einphasenmotor mit Doppelkondensator 5 Widerstandshilfsphasenmotor 6 Spaltpolmotor 7 Anwurfmotor N ξ Z Z ü = = NUξ U 3.6.2.3 Motor mit Widerstandshilfsphase Eine eher kleinere Phasenverschiebung des Stromes zwischen Haupt- und Hilfsstrang lässt sich auch dadurch erreichen, dass man den Widerstand des Hilfsstranges künstlich vergrößert. Dazu legt man entweder - einen ohmschen Widerstand in Reihe zur Hilfswicklung, - wickelt diese mit Widerstandsdraht, - wickelt einen Teil bifilar oder - kombiniert diese Möglichkeiten. I I U Z .
Prof. Dr.-Ing. Eugen 3-27 Elektrische Maschinen Wegen den erhöhten Verlusten wird die Hilfsphase nach dem Hochlauf in der Regel abgeschaltet. Diese Motoren sind zwar billiger und robuster als vergleichbare Kondensatormotoren, doch erreichen sie nicht deren Leistungsdichte. Verwendet werden sie z. B. gerne in Kühlgeräten, wo das relativ hohe Anzugsmoment erforderlich ist. Schaltung und Momentkennlinie des Motors mit Widerstandshilfsphase sind bereits in den Bildern 3.24 und 3.25 mit eingetragen. 3.6.2.4 Spaltpolmotor Während zwischen 90° versetzten Wicklungen keine direkte magnetische Kopplung besteht, wird beim Spaltpolmotor nach Bild 3.26 gezielt eine Kopplung derart vorgesehen, dass ein Teil des von der Hauptwicklung induzierten Flusses die hier kurzgeschlossene Hilfswicklung = Kurzschlusswicklung durchsetzt. Entsprechend dem Induktionsgesetz wird in der Kurzschlusswicklung eine Spannung induziert, die wegen der Induktivität des Kurzschlusskreises einen nacheilenden Strom zur Folge hat. Dadurch überlagert sich dem Hauptfeld im Bereich des Spaltpoles ein dem Kurzschlussstrom proportionales, d. h. nacheilendes Teilfeld. Man erhält dann in der Regel ein stark elliptisches Gesamtfeld mit der Drehrichtung vom Hauptpol zum Hilfs- bzw. Spaltpol. Bild 3.26 Prinzipdarstellung eines Spaltpolmotors [Quelle: Stölting] Da hier die Teilfelder durch konzentrierte Wicklungen bzw. Pole erzeugt werden, trifft die bisherige Voraussetzung sinusförmig verteilter Felder nicht mehr zu. Demzufolge tritt insbesondere eine starke dritte Oberwelle auf, die nach Bild 3.25 zu einer meist unerwünschten Momenteinsattelung führt. Auch bewirkt die dauernd eingeschaltete Kurzschlusswicklung hohe Verluste, so dass der Wirkungsgrad von Spaltpolmotoren je nach Leistung nur η ≈ 5....25 % bei PN = 1....200 W beträgt. Insbesondere wegen diesem Nachteil werden Spaltpolmotoren zunehmend durch verlustärmere und kleinere Elektronikmotoren ersetzt, so dass sie ihre frühere große Bedeutung bei der Konsum- und Massenware inzwischen weitgehend verloren haben. 3.6.2.5 Anwurfmotor Als einziger Einphasen-Asynchronmotor arbeitet der Anwurfmotor auch intern einphasig, d. h. er besitzt nur eine Wicklung. Damit kann man naturgemäß auch nur ein Wechselfeld erzeugen, das gewissermaßen den Grenzfall des elliptischen Drehfeldes darstellt. Zum Verständnis geht man von einem sinusförmig über dem Luftspalt verteilten Wechselfeld aus, für das unter Berücksichtigung der trigonometrischen Additionstheoreme gilt: ∧ ∧ B B( ϕ , t) = Bsin( ϕ) cos( ω t) = [ cos( ϕ −ω t) − cos( ϕ + ω t) ], 2 was somit 2 gegenläufige Drehfelder jeweils halber Amplitude darstellt. Auf den stillstehenden Rotor wirken somit entgegengesetzt gleiche Drehmomente, also das resultierende Moment 0, so dass dieser Motor auch nicht von selbst anlaufen kann. Wird der Rotor jedoch von außen in einer beliebigen Richtung angeworfen, so bildet sich nach Bild 3.27 sofort ein resultierendes Moment in dieser Richtung aus und der Motor läuft dann von selbst hoch. Nach erfolgtem Hochlauf kann dieser Motor mit ca. 2/3 seines Kippmomentes dauernd belastet werden. Seine Momentkennlinie ist zum Vergleich ebenfalls in Bild 3.25 mit eingezeichnet.
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