Im motorischen Betrieb werden Leistungsparameter wie z Effizienz, Leistungsfaktor, Geschwindigkeit und Strom sind entscheidende Indikatoren für die betriebliche Qualität. Unter diesen, Geschwindigkeit und Strom stehen in einer direkten und voneinander abhängigen Beziehung, die die motorische Leistung erheblich beeinflusst.
Induktionsmotoren operieren basierend auf Synchrongeschwindigkeit (Ns), bestimmt durch:
Ns=120f/P
wo:
f = Versorgungsfrequenz (Hz)
P = Anzahl der Pole
Allerdings ist die tatsächliche Rotorgeschwindigkeit (N) ist aufgrund von immer etwas niedriger Slip(s):
N=Ns(1−s)
Schlupf ist notwendig, um Rotorstrom zu induzieren (Ich₂) und Drehmoment erzeugen.
Leerlaufzustand
• Ausgangsleistung ≈ 0 → Rotorstrom (I₂) ≈ 0
• Schlupf (s) ≈ 0 → Istgeschwindigkeit ≈ Synchrongeschwindigkeit (N ≈ Ns)
• Der Statorstrom (I₁) besteht hauptsächlich aus Magnetisierungsstrom (erforderlich zum Aufbau des Magnetfelds).
Geladener Zustand
• Mit zunehmender Last verlangsamt sich der Rotor leicht, wodurch der Schlupf (s) zunimmt.
• Höherer Schlupf induziert einen größeren Rotorstrom (I₂), um mehr Drehmoment zu erzeugen und die Last auszugleichen.
• Der Statorstrom (I₁) steigt proportional an, um dem Magnetfeld des Rotors entgegenzuwirken.
• Die Geschwindigkeit sinkt leicht (normalerweise 2–5 % Schlupf bei Volllast).
Beispiel: Ein 2-poliger Motor (Ns = 3000 U/min) läuft unter Volllast mit ~2850 U/min (5 % Schlupf).
Grafische Darstellung
• Die Geschwindigkeits-Last-Kurve ist eine leicht abfallende Linie (nahezu konstante Geschwindigkeit mit geringfügigem Abfall bei zunehmender Last).
• Die Strom-Last-Kurve ist annähernd linear – der Statorstrom steigt mit der Last, um das Drehmoment aufrechtzuerhalten.
Ein geringer Schlupf (2–5 %) sorgt für einen hohen Wirkungsgrad, da übermäßiger Schlupf die Kupferverluste (I₂²R) des Rotors erhöht.
Motoren mit hohem Schlupf (z. B. für Brecher oder Förderbänder) haben absichtlich einen höheren Schlupf (bis zu 10–15 %) für ein besseres Anlaufdrehmoment, aber einen geringeren Wirkungsgrad.
Die Spannungs-/Frequenzsteuerung (V/f) in VFDs sorgt für einen optimalen Fluss und verhindert einen übermäßigen Strom bei niedrigen Drehzahlen.
Überlastung: Übermäßige Belastung → hoher Schlupf → hoher I₂ → Statorstromstoß → Überhitzung.
Spannungsungleichgewicht: Verursacht eine ungleichmäßige Stromverteilung, erhöht die Verluste und verringert die Geschwindigkeitsstabilität.
Blockierter Rotor (s=1): Der Strom kann das 5- bis 7-fache des Volllaststroms erreichen, bei längerer Dauer besteht die Gefahr eines Durchbrennens.
• Die Geschwindigkeit nimmt aufgrund von Schlupf leicht ab, wenn die Last zunimmt.
• Der Strom steigt proportional zur Last, um das Drehmoment aufrechtzuerhalten.
• Standardmotoren arbeiten mit 2–5 % Schlupf für optimale Effizienz.
• Motoren mit hohem Schlupf tauschen Effizienz gegen höheres Anlaufdrehmoment.
• VFDs optimieren das Drehzahl-Strom-Verhältnis durch Anpassung von Spannung und Frequenz.
Das verstehen Geschwindigkeit-Strom-Dynamik hilft dabei Motorauswahl, Fehlerbehebung und effizienter Betrieb, insbesondere bei Anwendungen mit variabler Last.
