Was ist ein Einphasen-Asynchronmotor?
Funktionsprinzip
Ein Einphasen-Asynchronmotor läuft an einem gewöhnlichen zweiadrigen Netz, daher erzeugt seine Hauptwicklung ein pulsierendes statt eines umlaufenden Magnetfelds. Die Theorie der zwei gegenläufigen Drehfelder zerlegt dieses pulsierende Feld in zwei gleich große Felder mit entgegengesetztem Drehsinn. Im Stillstand heben sich ihre Drehmomente exakt auf, der Motor kann also nicht von selbst anlaufen. Dreht der Rotor erst einmal in eine Richtung, setzt sich das mitlaufende Feld durch und der Motor beschleunigt von allein weiter.
Anlaufverfahren
Für ein Anlaufmoment wird eine zweite Hilfswicklung um 90 elektrische Grad versetzt zur Hauptwicklung angeordnet und mit einem phasenverschobenen Strom gespeist. Beim Motor mit Hilfsphase entsteht die Verschiebung durch eine höherohmige Wicklung, beim Anlaufkondensatormotor durch einen Reihenkondensator und beim PSC-Motor durch einen dauernd eingeschalteten Kondensator. Der CSCR-Motor kombiniert einen großen Anlauf- mit einem kleinen Betriebskondensator, der Spaltpolmotor kommt ganz ohne Hilfswicklung aus und nutzt nur einen Kupferring an jedem Pol. Ein Fliehkraftschalter trennt die Hilfswicklung meist bei etwa 75 % der synchronen Drehzahl.
Drehmoment, Schlupf und Wirkungsgrad
Die synchrone Drehzahl folgt weiter ns = 120 × f / p, ein vierpoliger Motor hat bei 50 Hz also ein Drehfeld mit 1500 min⁻¹. Gegenüber einer Drehstrommaschine arbeitet der Einphasenmotor mit größerem Schlupf, niedrigerem Leistungsfaktor und geringerem Wirkungsgrad. Sein Drehmoment pulsiert zudem mit der doppelten Netzfrequenz, bei 50 Hz also mit 100 Hz, was als Brummen und Vibration hörbar wird. Werden die Anschlüsse der Hilfswicklung vertauscht, kehrt sich die Drehrichtung um.
Einsatzgebiete
Einphasen-Asynchronmotoren treiben die Alltagsmaschinen an, wo nur ein Haushaltsnetz vorhanden ist: Lüfter, Wasserpumpen, Kompressoren, Waschmaschinen und Schleifböcke. Motoren mit Anlaufkondensator liefern beim Start etwa das Dreifache des Nennmoments und eignen sich für Kompressoren und belastete Pumpen. CSCR-Motoren bringen im Schwerbetrieb zusätzlich den besseren Wirkungsgrad des Betriebskondensators, während Hilfsphasen- und PSC-Motoren für Lüfter und leichte Lasten taugen. Spaltpolmotoren mit schwachem Anlaufmoment und niedrigem Wirkungsgrad bleiben auf winzige Lüfter und Pumpen unter etwa 100 W beschränkt. Oberhalb weniger Kilowatt werden Drehstrommotoren bevorzugt.
Häufig gestellte Fragen
- Warum braucht ein Einphasen-Asynchronmotor zum Anlaufen einen Kondensator?
- Eine einphasige Wicklung erzeugt ein pulsierendes Feld, die Summe zweier gleich großer, gegenläufiger Drehfelder, daher ist das resultierende Drehmoment im Stillstand null. Ein Kondensator in Reihe mit der Hilfswicklung verschiebt deren Strom um bis zu 90° und erzeugt ein Drehfeld, das den Rotor anstößt. Dreht der Rotor erst, kann der Motor auch ohne ihn weiterlaufen.
- Wie kehrt man die Drehrichtung eines Einphasen-Asynchronmotors um?
- Vertauschen Sie die Anschlüsse entweder der Hauptwicklung oder der Hilfswicklung (Anlaufwicklung), aber nicht beider. Dadurch kehrt sich die Phasenlage der beiden Ströme und damit die Richtung des Drehfelds um. Das Vertauschen der Netzleiter bewirkt nichts, weil sich beide Wicklungen gemeinsam umkehren. Im Simulator können Sie die Drehrichtungsumkehr nutzen und den Rotor in die andere Richtung laufen sehen.
- Was ist der Unterschied zwischen einem Motor mit Anlaufkondensator und einem mit Betriebskondensator (PSC)?
- Der Motor mit Anlaufkondensator nutzt einen großen Kondensator nur beim Anlauf und trennt ihn bei etwa 75 % der synchronen Drehzahl per Fliehkraftschalter ab; er liefert ein hohes Anzugsmoment von etwa dem Dreifachen des Nennmoments. Der PSC-Motor hat dauerhaft einen kleineren Kondensator ohne Schalter. Sein Anzugsmoment ist gering, rund das 0,6-Fache des Nennmoments, der Lauf ist aber ruhiger und effizienter.