Funktionsprinzip
Ein Drehstrom-Asynchronmotor wandelt elektrische Energie in Drehbewegung um, ohne dass der Läufer elektrisch angeschlossen wäre. Drei um 120 elektrische Grad versetzte Statorwicklungen erzeugen aus dem Drehstromnetz ein Magnetfeld, das mit Synchrondrehzahl umläuft. Dieses Wanderfeld schneidet die kurzgeschlossenen Läuferstäbe, induziert in ihnen eine Spannung, und der entstehende Läuferstrom bildet zusammen mit dem Feld das Drehmoment. Weil der gesamte Vorgang auf Induktion statt auf Bürsten oder Magneten beruht, ist die Maschine mechanisch einfach und außerordentlich robust.
Schlupf und Drehzahl
Die Synchrondrehzahl folgt unmittelbar aus Netzfrequenz und Polzahl: 120 mal die Frequenz geteilt durch die Polzahl. Ein vierpoliger Motor an 50 Hz hat somit ein Drehfeld von 1500 min⁻¹. Der Läufer erreicht diese Drehzahl nie ganz, denn im Synchronismus gäbe es keine Relativbewegung, keinen induzierten Strom und kein Moment. Die kleine Differenz heißt Schlupf und beträgt bei Nennlast typisch 2 bis 5 %. Im Simulator lässt sich beobachten, wie der Schlupf mit der Last wächst.
Moment, Strom und Anlauf
Der Anlaufstrom ist die unangenehmste Eigenschaft des Asynchronmotors: Bei stehendem Läufer beträgt der Schlupf 100 %, deshalb zieht ein Direktanlauf für ein bis zwei Sekunden etwa das Fünf- bis Siebenfache des Nennstroms. Das Moment steigt mit dem Schlupf bis zum Kippmoment und bricht darüber zusammen — deshalb bleibt ein überlasteter Motor stehen, statt nur langsamer zu werden. Stern-Dreieck-Schalter, Sanftanlaufgeräte und Frequenzumrichter dienen sämtlich dazu, dieses Anlaufverhalten zu formen.
Einsatzgebiete
Drehstrom-Asynchronmotoren treiben weltweit den Großteil aller Industriemaschinen an: Pumpen, Lüfter, Verdichter, Förderbänder, Mühlen und Werkzeugmaschinen. Mit einem Frequenzumrichter, der ein konstantes Spannungs-Frequenz-Verhältnis hält, liefert dieselbe Maschine zusätzlich eine stufenlos verstellbare Drehzahl — der Grund, warum sie Gleichstrommaschinen in der Industrie weitgehend verdrängt hat. Niedrige Kosten, hohe Zuverlässigkeit und nahezu wartungsfreier Betrieb machen sie überall dort zur Standardwahl, wo ein Drehstromnetz verfügbar ist.