Frage zur Kennlinie eines Asynchronmotors

Hallo zusammen,

würdet ihr so nett sein und mir erklären warum der beste Betriebsbereich so steil ist?
Ich halte in der Technikerschule, 3. Jahr in Abendform, ein Referat über Last- und Antriebskennlinien.
Diesen gelben Betriebsbereich, siehe Bild, zu erklären ist eine wichtige Sache, finde ich.

Habe nur keine Infos zum optimalen Betriebsbereich gefunden, warum der so steil ist.

Ändere ich in diesem gelben Bereich ein wenig die Drehzahl erhalte ich gleich eine starke Änderung des Drehmomentes.
–>Heißt das, das Lastmoment kann in diesem gelben Bereich um einiges höher werden, ohne das sich die Drehzahl des gesamten Systems aus Antriebs-und Lastmaschine großartig ändert.
Das wäre ja als Vorteil zu sehen. Belastung der Antriebsmaschine steigt und dem wird aufgrund der sich verringernden Drehzahl ein höheres Drehmoment entgegengesetzt.
Oft ist es ja wichtig, das die Drehzahl einer Maschine nahezu konstant bleibt.

Andererseits sehe ich es als Nachteilig, wenn die Arbeitsmaschine im Betrieb auf einmal weniger Last benötigt, dann könnte sich die Drehzahl des Motors erhöhen er liefert weniger Drehmoment.
Doch das müßte Unsinn sein, denn der Motor würde sich nicht schneller drehen, denn er arbeitet im gelben, optimalen Bereich (Nenndrehzahl) und wird damit nicht schneller.

Soweit ist mein Wissensstand.
Es wäre sehr nett und würde mich freuen, wenn ihr zu meinen Ausführungen was ergänzen und berichtigen könntet.
Gern auch ein paar Zeilen warum der Nennbetrieb eine so steile Kennlinie haben muss.
Je mehr der Läufer sich der Ständerdrehzahl des Magnetfeldes nähert, desto geringer ist die Induktionsspannung und damit die Kraft. Das ist klar.

Herzlichsten Dank im Vorraus.

Viele Grüße,

Matthias.

http://imageshack.us/photo/my-images/855/kennlinie2…

Hallo Mathias

Diesen gelben Betriebsbereich, siehe Bild, zu erklären ist eine wichtige Sache, finde ich.
Habe nur keine Infos zum optimalen Betriebsbereich gefunden, warum der so steil ist.

Du hast also Probleme, Dir die Vorgänge in einem Drehstrom-Asynchronmotor vorzustellen?

Versuchs mal auf dem folgenden Weg:

Der Drehstrom-Asynchronmotor wird auch Kurzschlussläufer-Motor genannt, weil sein Rotor (Läufer) aus einem Eisenkern mit lauter – in sich kurzgeschlossenen – Windungen besteht.
http://de.wikipedia.org/wiki/Kurzschlussl%C3%A4ufer

Wenn Du Dir jetzt das System Stator (Feldwicklung) – Rotor als Transformator vorstellst, so ist klar, dass ein an die Feldwicklungen angelegter Wechselstrom in den kurzgeschlossenen, nur aus einer Windung bestehenden Wicklungen des Rotors einen sehr großen Strom induziert.

Das dadurch zwischen Rotor und Stator entstehende Magnetfeld ist nun mit großer Kraft bestrebt, den Rotor in Drehung zu versetzen, und zwar so lange, bis sich die Drehzahl des Rotors der Drehzahl des äußeren Drehfeldes angeglichen hat. Dann ist die Frequenz des vom Stator auf den Rotor übertragenen Magnetfeldes – auf den Rotor bezogen – gleich Null, der im Kurzschlussläufer induzierte Strom ist gleich Null, die Kraft (das Drehmoment) zwischen Stator und Rotor ist gleich Null, und da wir hier von einem idealen, verlustfreien Motor sprechen, dreht sich der Läufer solange unverändert weiter, wie die Frequenz des angelegten Drehstromes konstant (50Hz) bleibt.

Jetzt stell Dir vor, Du belastest den Rotor mit einer mechanischen Last. Der Rotor muss also ein Drehmoment aufbringen und wird dadurch abgebremst. es entsteht also eine Drehzahldifferenz (der Schlupf) zwischen der Drehzahl des Drehfeldes und der Drehzahl des Rotors. Im Rotor wird jetzt ein magnetisches Wechselfeld (Drehfeld) erzeugt, welches – auf den Rotor bezogen – eine Frequenz hat, welche dem Schlupf entspricht. Dieses Wechselfeld induziert jetzt in den kurzgeschlossenen Windungen des Rotors einen sehr hohen Strom, und das durch diesen Strom erzeugte Magnetfeld wiederum übt ein beschleunigendes Drehmoment auf den Rotor aus. Dieser ganze Vorgang spielt sich in einem Bereich ab, welcher etwa 3 bis 5% der Nennfrequenz entspricht. Je nach Belastung spielt sich immer ein stabiler Zustand zwischen Dehzahl und aufzubringendem Drehmoment ein.

Das könnte ewigso weitergehen, wenn da nicht irgendwann auf Grund der magnetischen Eigenschaften der beteiligten Eisenkerne eine weitere Zunahme der magnetischen Feldstärke H keine weitere Zunahme der magnetischen Flussdichte B mehr zur Folge hätte. Dadurch ist der „gelbe Bereich“ in Deinem Diagramm begrenzt.

Zusammenfassend kann man also sagen, der gelbe Bereich ist so steil, weil eine geringe Veränderung des Schlupfes eine sehr große Veränderung des im Rotor induzierten magnetischen Wechselfeldes zur Folge hat und der Bereich, innerhalb dessen das geschieht, ist durch die Magnetischen Eigenschaften des Eisenkerns begrenzt.

Ich weiß, das ist jetzt ein bischen weitschweifig geraten, aber vielleicht hilft´s ja zum Verständnis.

Und falls sich irgendwo Ungenauigkeiten eingeschlichen haben - elektrische Maschinen war nicht gerade mein Lieblingsfach.

Gruß merimies

Ändere ich in diesem gelben Bereich ein wenig die Drehzahl
erhalte ich gleich eine starke Änderung des Drehmomentes.

Anders herum.
Du änderst die Belastung (also das Drehmoment) stark, aber der Motor dreht immer noch fast gleich schnell.

Mit f ist nicht die Frequenz der Versorgungsspannung gemeint, sondern die Umdrehungen des Motors.

Für andere Netzfrequenzen nimmst du eine der anderen Kennlinien weiter links., wo Frequenzumrichterbetrieb steht.

–>Heißt das, das Lastmoment kann in diesem gelben Bereich um
einiges höher werden, ohne das sich die Drehzahl des gesamten
Systems aus Antriebs-und Lastmaschine großartig ändert.

Genau das.

Bremst du weiter ab, dann erhöht sich das Drehmoment auf (hier) bis zu 250% des Nennmoments. Wie du siehst, wäre das hier bei so ca. 40Hz der Fall. Bei 25% weniger Drehzahl das 2,5fache des Drehmoments bedeutet aber höchste Gefahr für den Motor, da der nun das 0,8 * 2,5 fache leistet, also die zweifach Leistung an die Welle abgibt. Er wird dann überhitzen und einen jämmerlichen Tod sterben, wenn der Motorschutz nicht auslösen würde.

Das wäre ja als Vorteil zu sehen. Belastung der
Antriebsmaschine steigt und dem wird aufgrund der sich
verringernden Drehzahl ein höheres Drehmoment entgegengesetzt.

Du hast da einen Denkfehler. Die steigende Belastung **ein höheres Dremoment. Die Kennlinie sagt nur aus: Belastest du mich stärker, fällt die Drehzahl ab. Eigentlich logisch. Der gelbe Bereich ist der Bereich, in dem die Leistung (2pi f M) kleiner oder gleich der Nennleistung ist.

Andererseits sehe ich es als Nachteilig, wenn die
Arbeitsmaschine im Betrieb auf einmal weniger Last benötigt,
dann könnte sich die Drehzahl des Motors erhöhen er liefert
weniger Drehmoment.

Auch hier: Weniger Last benötigt = ein geringeres Drehmoment stellt sich dem Motor entgegen.
Im gelben Beriech folgt da eine nur geringe Drehzahländerung.

Doch das müßte Unsinn sein, denn der Motor würde sich nicht
schneller drehen, denn er arbeitet im gelben, optimalen
Bereich (Nenndrehzahl) und wird damit nicht schneller.

Versteh ich nicht.
Natürlich dreht sich der Motor bei geringerer Last schneller - bis zur maximal (theoretisch) möglichen Drehzahl.
Bei der maximalen Drehzahl gibt er aber keine Leistung mehr ab, er dreht im Leerlauf.

Soweit ist mein Wissensstand.
Es wäre sehr nett und würde mich freuen, wenn ihr zu meinen
Ausführungen was ergänzen und berichtigen könntet.
Gern auch ein paar Zeilen warum der Nennbetrieb eine so steile
Kennlinie haben muss.

Die Kennlinie ergibt sich aus der Natur des DASM.
Da wird nichts extra so eingestellt.

Wichtig ist die Kennlinie bei der Dimensionierung von Motoren.
In der Praxis hast du ja z.B. die Kennlinie einer Pumpe.
Dort siehst du, welche Drehzahl sich bei welchem Drehmoment einstellen wird.
Du legst die Kurve von Last und Motor übereinander und siehst dann am Schnittpunkt, welche Drehzahl sich einpegeln wird.
Bist du dann im Bereich des optimalen Betriebs, ist alles OK.
Landest du im Bereich des Kippmoments, wirst du den Motor verheizen.
Bist du noch weiter links, zum Beispiel halbe Motorfrequenz bei etwa 150% Drehmoment, dann leistet der Motor zwar weniger als seine Nennleistung ist, aber geringe Laständerungen bringen maximale Drehzahländerungen. Und du lässt den Motor bei halber Drehzahl 75% Nennleistung liefern - er wird dann auch (geringere Lüfterdrehzahl am Motor) ohne Fremdbelüftung sterben.

Der gelbe Bereich ist aber falsch, er geht zu weit nach rechts.
Wenn du einen Motor ausgewählt hast, wo die Kennlinien sich zum Beispiel bei 10% Nennmoment und 98% maximaler Drehzahl kreuzen, dann ist der Motor eindeutig überdimensioniert, läuft quasi im Leerlauf und vergeudet elektrische Energie. Das ist sicher nicht „optimal“ zu nennen!**

Hallo zusammen,

vielen Dank für Eure Antworten.

All meine Fragen wurden erschöpfend beantwortet.

Nun kann ich Eure Antworten mit in meine Präsentation einbauen.

Herzlichsten Dank,

Matthias.