Was ist ein Schleifringläufermotor (Asynchronmotor mit gewickeltem Läufer)?
Funktionsprinzip
Ein Schleifringläufermotor hat denselben Ständer und dasselbe Drehfeld wie ein Käfigläufermotor, doch sein Läufer trägt eine Drehstromwicklung, deren Enden an drei Schleifringe auf der Welle geführt sind. Kohlebürsten schleifen auf den Ringen und verbinden den Läuferkreis mit einem externen Widerstandssatz. Das Drehfeld induziert Läuferströme wie bei jedem Asynchronmotor; der Unterschied ist, dass sich bei laufendem Motor von außen zusätzlicher Widerstand in den Läuferkreis schalten und wieder entfernen lässt.
Läuferwiderstand und Drehmomentkennlinie
Zusätzlicher Widerstand im Läuferkreis ändert das Kippmoment nicht; er verschiebt nur den Schlupf, bei dem es auftritt: Je größer der Widerstand, desto größer der Kippschlupf. Das Anzugsmoment steigt deshalb, bis das Maximum im Stillstand liegt, während der Anlaufstrom sinkt, weil die Impedanz des Läuferkreises wächst. Ein Käfigläufer muss seine feste Kennlinie hinnehmen, ein Schleifringläufer verbindet hohes Anzugsmoment mit deutlich kleinerem Anlaufstrom.
Stufenanlauf und Drehzahlstellung
Ein Läuferanlasser schaltet beim Einschalten den vollen Widerstand zu und nimmt ihn mit steigender Drehzahl stufenweise heraus; jede Stufe hebt den Arbeitspunkt auf eine höhere Kennlinie, und das Moment bleibt hoch, bis der Läufer kurzgeschlossen ist. Derselbe Widerstand stellt auch die Drehzahl: Bei konstantem Lastmoment bedeutet mehr Widerstand mehr Schlupf und weniger Drehzahl. Der Preis ist die Schlupfleistung: Der Anteil s der Luftspaltleistung geht im Läuferkreis als Wärme im Widerstand verloren, der Wirkungsgrad sinkt etwa mit der Drehzahl.
Einsatzgebiete
Schleifringläufermotoren treiben schwer anlaufende Lasten an: Brecher, Mühlen, Hubwerke, Krane, Förderbänder sowie große Pumpen und Lüfter an schwachen Netzen. Hohes Anzugsmoment bei kleinem Strom eignet sich für lange, schwere Hochläufe, und die Widerstandssteuerung war vor der Leistungselektronik bei Kranen üblich. Heute findet man Schleifringmaschinen auch als doppeltgespeiste Generatoren in Windkraftanlagen, während Käfigläufer mit Frequenzumrichter viele andere Antriebe ersetzt haben.
Häufig gestellte Fragen
- Warum erhöht Läuferwiderstand das Anzugsmoment eines Schleifringläufermotors?
- Im Stillstand eilt der Läuferstrom wegen der Streureaktanz der induzierten Spannung nach, sodass ein großer Teil des Stroms wenig Moment erzeugt. Zusätzlicher Widerstand bringt den Strom näher in Phase, erhöht das Moment je Ampere und begrenzt den Strom. Das Anzugsmoment ist am größten, wenn der Läuferwiderstand etwa der Streureaktanz entspricht; darüber sinkt es wieder.
- Verändert der Läuferwiderstand das Kippmoment?
- Nein. Das Kippmoment hängt von der Speisespannung und den Streureaktanzen ab, nicht vom Läuferwiderstand. Der Widerstand verschiebt nur den Kippschlupf und rückt ihn mit wachsendem Widerstand in Richtung Stillstand. Im Simulator behalten die Kennlinien ihre Höhe, während ihre Maxima zu niedrigeren Drehzahlen wandern.
- Warum ist die Drehzahlstellung über den Läuferwiderstand ineffizient?
- Die Schlupfleistung wird nicht zurückgewonnen, sondern im externen Widerstand in Wärme umgesetzt. Läuft der Läufer mit 1200 min⁻¹ im 1500-min⁻¹-Feld, gehen etwa 20 % der Luftspaltleistung dort verloren; der Wirkungsgrad sinkt etwa mit der Drehzahl, und der Widerstandssatz muss Dauerwärme aushalten. Für dauerhafte Drehzahlstellung nutzt man Umrichter oder Schlupfleistungsrückgewinnung.