Strukturell werden Induktionsmotoren hauptsächlich in zwei Typen eingeteilt:
Einfache Konstruktion mit Rotor aus leitfähigen Aluminium- oder Kupferstäben, die einen geschlossenen Kreis bilden, der einem „Eichhörnchenkäfig“ ähnelt.
Geringe Wartungskosten, weit verbreitet in Lüftern, Pumpen und anderen Startanwendungen mit geringer Last.
Rotorwicklungen sind über Schleifringe mit externen Widerständen verbunden, was eine einstellbare Anlaufcharakteristik ermöglicht.
Geeignet für schwere Startgeräte wie Kräne und Brecher.
Die Drehzahl eines Induktionsmotors ist immer etwas niedriger als die Synchrondrehzahl, ein Unterschied, der als Schlupf bezeichnet wird (typischerweise etwa 3 %). Zu seinen Eigenschaften gehören:
• Lastempfindlichkeit: Der Schlupf ist im Leerlauf (nahe der Synchrondrehzahl) minimal und nimmt linear mit der Last zu.
• Extreme Bedingungen: Wenn die Last das maximale Drehmoment (Kippmoment) überschreitet, zeigt der Motor:
✓ Schneller Geschwindigkeitsabfall
✓ Anstieg des Statorstroms (bis zum 5-7-fachen des Nennstroms)
✓ Übermäßiger Anstieg der Wicklungstemperatur (Gefahr eines Isolationsversagens)
• Hoher Anlaufstrom: Der direkte Anlaufstrom kann das 4- bis 7-fache des Nennstroms erreichen.
→ Einzelkäfig-Design: Höchster Einschaltstrom
→ Tiefsteg-/Doppelkäfig-Design: Reduziert den Anlaufstrom durch Skin-Effekt um 20–30 %.
• Klassische Lösungen:
✓ Stern-Dreieck-Start: Reduziert den Strom auf 1/3 des Vollspannungsstarts, aber das Drehmoment sinkt auch um 67 %.
✓ Anwendungen: Kreiselpumpen, Luftkompressoren und andere Leichtlast-Startgeräte.
• Einstellbarer Rotorwiderstand: Erreicht durch externe Widerstände:
✓ Begrenzt den Anlaufstrom auf das 2- bis 3-fache des Nennstroms.
✓ Erhöht das Startdrehmoment auf 200–250 % des Nennwerts.
• Typische Anwendungen:
✓ Schwerlastausrüstung wie Kugelmühlen und Hebezeuge.
✓ Industrielle Szenarien, die häufige Starts/Stopps erfordern.
1. Popularisierung von Antrieb mit variabler Frequenz (VFD)-Technologie
Ermöglicht einen Sanftanlauf über die VVVF-Steuerung und eliminiert Anlaufstromstöße bei Käfigläufermotoren.
Verbessert die Betriebseffizienz um 5–15 % im Vergleich zu Motoren mit gewickeltem Rotor und widerstandsbasierter Drehzahlregelung.
2. Marktentwicklung
Der Marktanteil von gewickelten Rotormotoren ist von 40 % in den 1980er Jahren auf heute weniger als 15 % zurückgegangen.
Mit VFD ausgestattete Käfigläufermotoren dominieren (über 70 % des Marktes für Industriemotoren).
|
Motortyp |
Ideale Anwendungen |
Technoökonomische Analyse |
|
Standard-Eichhörnchenkäfig |
Dauerbetrieb, Leichtlaststarts |
Niedrige Beschaffungskosten, IE3-Effizienz |
|
Bewickelter Rotor |
Schwerlaststarts, Geschwindigkeitsregelung |
Hoher Wartungsaufwand, Auslaufmodell |
|
VFD Eichhörnchenkäfig |
Präzise Geschwindigkeitsregelung, energiesparende Nachrüstungen |
Optimaler Gesamtwirkungsgrad |
Induktionsmotoren Aufgrund ihres einfachen Aufbaus und ihrer hohen Zuverlässigkeit bleiben sie für industrielle Anwendungen von zentraler Bedeutung. Mit Fortschritten in der Leistungselektronik wurden Käfigläufermotoren durch die VFD-Integration wiederbelebt, während Motoren mit gewickeltem Rotor allmählich aussterben. Mit Blick auf die Zukunft wird die Einführung der IE5-Ultra-Premium-Effizienzstandards Induktionsmotoren zu höherer Leistungsdichte und intelligenteren Funktionalitäten verhelfen.
