MARELLI-MOTOREN - DREIPHASIGE UND EINPHASIGE ELEKTROMOTOREN

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Die Marelli Motori S.p.A., ein Unternehmen mit Sitz in Arzignana in der Provinz Vicenza, blickt auf eine lange Tradition zurück, die bis ins Jahr 1891 zurückreicht.. Mit über 100 Jahren Erfahrung Marelli Motori ist als führender Lieferant in den Bereichen Stromerzeugung, Industrie, Petrochemie und Schifffahrt anerkannt und bietet eine vollständige Palette von Nieder-, Mittel- und Hochspannungsmotoren und -generatoren.

Dieser Abschnitt ist den Elektromotoren gewidmet, einem Begriff, der üblicherweise verwendet wird, um eine elektrische Maschine zu bezeichnen, bei der die Eingangsleistung elektrisch und die Ausgangsleistung mechanisch ist und die die Funktion eines Aktuators übernimmt. Diese Art von elektrischer Maschine basiert, ähnlich wie der elektrische Generator, auf den elektromagnetischen Kräften, die zwischen einem System von Strömen und einem Magnetfeld wirken.

Es können verschiedene Unterscheidungen auf der Grundlage anderer Referenzen getroffen werden: zum Beispiel die Unterscheidung zwischen Synchronmotoren, bei denen die Netzfrequenz ein Vielfaches der Drehfrequenz ist, und Asynchronmotoren, bei denen die beiden Frequenzen unterschiedlich sind; die Kategorien, in die Elektromotoren gewöhnlich eingeteilt werden, sind daher Asynchronmotor, Synchronmotor oder Gleichstrommotor.

Der Synchronmotor ist eine Art von Wechselstrommotor, bei dem der Stator, normalerweise dreiphasig, ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Im Rotor befindet sich ein Magnetfeld (erzeugt durch einen Permanentmagneten oder eine gleichstromgespeiste Wicklung), das vom rotierenden Magnetfeld des Stators angezogen wird und das Antriebsmoment erzeugt.

Das Anlassen dieses Motortyps ist relativ kompliziert, da die Kurve des Impulsdrehmoments auf die Frequenz des Statorversorgungsstroms zentriert ist; das bedeutet, dass der Rotor nur dann ein Antriebsdrehmoment hat, wenn er sich mit der gleichen Frequenz wie der Statorwechselstrom dreht. Daher kann das Anlegen einer Wechselspannung im Stillstand keinen Motorstart bewirken, da der Rotor kein Drehmoment hat. Dazu wird der Motor zunächst mit einem Asynchronmotor auf seine Enddrehzahl gebracht, dann nach dessen Abschaltung die Versorgungsspannung mit der gleichen erreichten Drehfrequenz angeschlossen und anschließend die mechanische Last eingefügt. Neben der physischen Parallelschaltung von 2 Motoren kann dies auch mit speziell konstruierten Synchronmotoren (mit einem zusätzlichen Käfigläufer, der für asynchrones Verhalten sorgt) und anschließender Umschaltung auf Synchronbetrieb realisiert werden. In den letzten Jahren hat der Einsatz von Leistungselektronik das Anfahren drastisch vereinfacht, da sowohl die Versorgungsspannung (und damit der Strom) als auch die Frequenz geregelt werden können. Auf diese Weise wird, ausgehend von einer Frequenz von Null und deren allmählicher Erhöhung, kontinuierlich ein Drehmoment erzeugt, das den Motor aus dem Stillstand beschleunigen kann. Antriebe, die diese Betriebsart ermöglichen (Inverter oder Cyclo-Converter), werden mit Halbleiterbauelementen wie Thyristoren oder IGBT-Transistoren (Insulated Gate Bipolar Transistor) hergestellt.

Aufgrund der begrenzten praktischen Anwendbarkeit des Synchronmotors ist seine Verwendung bei direkter Stromversorgung aus dem Netz auf Anwendungsbereiche beschränkt, in denen eine besonders präzise und stabile Drehzahl erforderlich ist, wie z. B. in der Papierindustrie, wo der perfekte Gleichlauf mehrerer Motoren die Vermeidung von Blattrissen ermöglicht. Andererseits wird er häufig für den Antrieb von Lasten mit variabler Drehzahl verwendet, die von einem statischen Umrichter (Inverter) gespeist werden, wie z. B. in den meisten Elektrofahrzeugen (fast alle außer denen von Tesla Motors, die asynchron sind). Es gibt auch kleine Synchronmotoren mit automatischem Anlauf und einphasiger Stromversorgung, die in Zeitmessungsmechanismen wie Zeitschaltuhren in Haushaltswaschmaschinen und früher in einigen Uhren verwendet wurden, wobei die gute Genauigkeit der Netzfrequenz ausgenutzt wurde.

Im Vergleich zum Asynchronmotor ist der Synchronmotor nicht in der Lage, sich an erhebliche Schwankungen des Widerstandsmoments anzupassen; wenn die Drehung bei voller Drehzahl über eine bestimmte Grenze hinaus abgebremst oder beschleunigt wird, löst dies eine Reihe von Schwingungen aus, die den Motor zum Stillstand bringen und starke Überströme verursachen können, die den Motor beschädigen können; außerdem muss ein Überstromschutz vorgesehen werden.

Der Asynchronmotor ist eine Art von Wechselstrom-Elektromotor, bei dem die Drehfrequenz nicht gleich oder ein Vielfaches der Netzfrequenz ist, d. h. er ist nicht "synchron" mit ihr; dadurch unterscheidet er sich von den Synchronmotoren. Der Asynchronmotor wird aufgrund seines Funktionsprinzips auch als Induktionsmotor bezeichnet.

Wenn der Rotor durch eine äußere Kraft eine höhere Drehzahl hat als das Drehfeld des Stators, kann der Asynchronmotor mit oder ohne Kondensatoren als Asynchrongenerator verwendet werden, je nachdem, ob er an das Netz angeschlossen ist oder nicht. Der Asynchronmotor wird für kleine Leistungen eingesetzt, wenn eine einfache Handhabung gegenüber dem Synchronmotor (der den Einsatz von Wechselrichtern erfordert) gewünscht wird, auch wenn dies zu Lasten des Wirkungsgrads geht. Der Wirkungsgrad ist jedoch eine Funktion der maximalen Leistung und nimmt mit zunehmender Polzahl ab; er liegt im Allgemeinen zwischen 0,67 für Drehstrommotoren und 0,97 für größere Motoren.

Der Motor besteht aus einem festen Teil, dem Stator, und einem beweglichen Teil, dem Rotor. Der Stator besteht aus einem Blechpaket in Form einer kreisförmigen Krone. Die Nuten im Inneren des Statorblechpakets nehmen die Leiter (Kupferlackdraht) der Statorwicklung auf, die je nach Art der Wechselstromversorgung dreiphasig oder zweiphasig sein kann. Der Rotor befindet sich im Inneren des Stators und besteht aus einem Blechpaket in Form einer kreisförmigen Krone. Er hat eine innere Öffnung für die rotierende Welle und äußere Nuten (Rotornuten) zur Aufnahme der Rotorwicklung. Letztere kann auf zwei Arten erfolgen

• gewickelter Rotor (auch Ringrotor genannt);
• Käfigläufer (auch Kurzschlussläufer genannt).

Zwischen Stator und Rotor bleibt ein kleiner Raum, der Luftspalt, damit sich der Rotor frei drehen kann. Dieser dünne Luftspalt (der als Dielektrikum dient) beträgt einige Zehntel Millimeter oder ist so klein, wie es die mechanischen Toleranzen erlauben. Die Statorwicklungen sind in der Regel mit Kunstharz ummantelt, das auch einen hervorragenden Schutz vor Wasser und Witterungseinflüssen bietet.

Der Stator enthält im Allgemeinen eine gerade Anzahl von Wicklungen, da es normalerweise zwei Wicklungen für jede Leistungsphase gibt. Ein Dreiphasen- oder Drehstrommotor hat daher mindestens sechs Wicklungen, d. h. ein Polpaar für jede Phase, während ein Zweiphasenmotor in der Regel vier Wicklungen hat. Die beiden Wicklungen eines jeden Polpaares sind in Reihe geschaltet und physikalisch gegenüberliegend angeordnet. Beim Drehstrommotor mit sechs Wicklungen haben die Polpaare physikalisch und elektrisch eine Phasenverschiebung von 120°, beim Zweiphasenmotor dagegen haben die beiden Polpaare physikalisch und elektrisch eine Phasenverschiebung von 90°.

Eine weitere Unterscheidung, die getroffen werden kann, ist die zwischen Drehstrom- und Einphasenmotoren.

Der Dreiphasenmotor ist ein Elektromotor, dessen Funktionsweise auf der Anwendung des Prinzips des rotierenden Magnetfelds von Galileo Ferraris auf einen dreiphasigen Satz von Eingangsströmen beruht. Um zu funktionieren, ist ein dreiphasiges System von Strömen erforderlich, die zeitlich und räumlich um 120 Grad versetzt sind. Der Nullleiter kann je nach Anwendung zugänglich sein oder nicht.

Der Einphasenmotor ist ein Elektromotor, der mit einphasigem Wechselstrom betrieben wird.