Wieso benötigt ein Drehstrom-Asynchronmotor Wechselstrom anstatt Gleichstrom?
Oder funktioniert er auch mit Gleichstrom, was dann aber Nachteile hat? Bedeutet Drehstrom das Gleiche wie Wechselstrom?
Vielen Dank im Voraus
4 Antworten
Wieso benötigt ein Benzinauto nicht Diesel?
Tja, das sind Fragen.
Kurzantwort: Weil die Asynchronmaschine genau dafür konstruiert ist.
Bei Gleichstrom würde sie einfach bockstillstehen. Das wäre so, wie wenn du mit Reibung Feuer machen willst, und den Stock, den du entzünden willst, einfach nur fest drückst.
Und ja, Drehstrom ist dreiphasiger Wechselstrom.
Da hast du eigentlich drei Stromquellen, die schön nacheinander ihre Sinuswellen-Maxima haben.
Dann brauchts mind. drei Leitungen zum Moter, zwischen denen die drei Spulen des Drehstrommotors angeschlossen werden.
Durch die Phasenverschiebung entsteht ein sogenanntes Drehfeld. Vereinfacht ein Magnetfeld, dessen Nord-Süd-Pol sich ständig dreht, und dem dann der bewegliche Teil des Motors folgen kann.
Mehr dazu z.B. hier:
"bockstill", wollte ich schreiben. Stur und still wie ein Bock.
Kommt im Duden nicht vor, offenbar ein Schweizer Ausdruck.
Ich bezweifel mal, daß der Läufer eines Drehstrommotors block still steht, wenn er an Gleichstrom angeschlossen wird.
Die Läufer haben meist / oft einen Kern aus Aluminium, in denen das wechselnde Drehfeld durch Induktion einen Strom generiert/ induziert. Das dadurch entstehend Magnetfeld des Läufers läßt diesen drehen.
Ich muß mich schon sehr täuschen und laß mich auch eines besseren belehren. Aber wenn ich den Läufer (im Magnetgeld von Gleichstrom) drehe, bewegt sich ein elektrischer Leiter in einem Magnetfeld.
Auch hier wird wieder ein Strom im Läufer induziert, der ein entsprechendes gegen gerichtetes Magnetfeld erzeugt. Je schneller ich den Läufer drehe, desto stärker die Induktion und das Magnetfeld und damit die Bremswirkung auf den Läufer.
Funktion einer Wirbelstrombremse, wie sie vor Langer Zeit zB von "Telma" in LKW verbaut wurden bevor nach und nach die Öl- betriebene Retarder kamen.
Zur Klärung: Ich behauptete, dass der Motor mit Gleichstrom stillsteht ("bock"-still, oder bremst).
Ich bin nur nicht sicher, was du in deinem Kommentar behauptest: Dreht er nun oder bremst er? Vielleicht meinen wir ja das Gleiche:
Klar ist:
- Mit Gleichstrom kann der Motor sicher nicht anlaufen. Da bleibt er "bockstill" stehen.
- Ebenso kann er nicht anlaufen, wenn er keinen Drehstrom bekommt, also nur eine Phase Wechselstrom. Da brummt er vor sich hin.
- Wenn der Motor schon läuft und man eine Phase wegnimmt, läuft er weiter.
Ebenso kann man feststellen und selber ausprobieren:
- Wenn er nur eine Phase Wechselstrom bekommt (bzw. eine der drei Phasen oder Leitungen fehlt), kann man den Motor wahlweise in beide Richtungen "anschieben", und dann dreht er hoch (natürlich nicht auf die Nenndrehzahl und mit viel weniger Drehmoment).
Nun zur Frage, ob der Motor auch mit Gleichstrom laufen würde (angeschoben werden könnte oder weiterlaufen würde, wenn er schon läuft).
Da würde ich eben nach wie vor und genau mit deiner Begründung (Wirbelstrombremse) behaupten, dass er stillstehen bleibt oder bremst, wenn er läuft.
Denn wenn der Gleichstrom ein statisches (aber nicht homogenes!) Magnetfeld aufbaut, dann wird im Käfig eine Spannung induziert, die ein Magnetfeld erzeugt, das der Bewegung entgegenwirkt.
Er wird also bremsen. Und eben nicht anlaufen.
Wenn nicht homogen, wie sieht das dann aus?
Was ist der Käfig?
Ich dachte, dass dir inzwischen die Begriffe bekannt sind:
Käfig ist der Kurzschlussläufer, Hauptbestandteil des Rotors.
Nicht homogen bezog ich darauf, dass eine oder drei der Ständerspulen mit Gleichstrom bestromt sind, und je ein nicht ganz homogenes Feld gegenüber dem Rotor erzeugen. Da aber radiale bzw. zylindersymmetrische Felder eh nicht homogen sind, erübrigt sich diese Bemerkung.
Nun halt mal.
Aus diversen Kommentaren (bei weckmannu und EddiR) glaube ich langsam zu verstehen, worauf du hinaus willst und was deine Frage soll.
Willst du vielleicht fragen, ob man den Drehstrommotor mit Gleichstrom betreiben kann, welcher nacheinaner auf die drei Haupt-Erregerwicklungen geschaltet wird?
Also quasi ein "Dreh-Gleich"-Strom?? Ein "Dreivierteltakt" von digitalen Ein-Aus-Schaltungen dieses Gleichstroms?
Falls ja:
- so ensteht natürlich auch ein Magnet-Drehfeld.
- Eigentlich sind wir dann beim bürstenlosen, elektronisch kommutierten DC-Motor. Der hat statt eines Käfigläufers meist einen Permantenmagnet-Läufer. Das wäre dann ein Gleichstrom-"Drehstrom"-Synchronmotor. Siehe https://de.wikipedia.org/wiki/B%C3%BCrstenloser_Gleichstrommotor
- Nun bliebe die Frage, wie sich ein als Asynchron-Wechselstrom-Drehstrommotor konstruierter Motor mit Käfigläufer bei so einer Gleichstrom-Ansteuerung verhalten würde.
- Vermutlich würde der Motor drehen, wenn man das Timing der DC-Ansteuerungen geschickt wählt. Denn das Ein-/Ausschallten der drei Drehströme wäre quasi die Grundwelle des normalen sinusförmigen Drehstroms. Hiermit hätte man also einen rechteckförmigen "Dreh"strom.
- Fazit: Ich bin fast sicher, dass das funktionieren würde.
- Mögliche Nachteile: Selbstinduktion beim Ausschalten der Spulen (hohe Spannungen!), sehr robuste Ansteuerungselektronik nötig, viele Oberwellen, welche mit der Drehbewegung nichts gemeinsam haben; sehr schwache Leistung und Drehmoment, ineffizienter Betrieb, weil sich der Moment der Indution nur auf den Moment des Ein- oder Ausschaltens beschränken würde, grosse magnetische Verluste, und wohl ein Riesenlärm von den Spulen und vom Läufer!
@atoemlein: Deiner letzten Darstellung entnehme ich, daß wir beide wohl zumindest annähernd das gleiche meinen. Allerdings verstehe ich unter "block still stehen" einen festen Stillstand wie bei einem Auto die Bremsscheibe, wenn der Wagen steht und man die Bremse tritt. Also keinerlei Bewegung möglich ist. Nur stillstand wirkt keine Kraft und Die Bremse (der Motor, bezogen auf die Frage) ließe sich drehen.
Absolut richtig, Deine Darstellungen was den Anlauf oder Wegfall einer / mehrerer Phasen angeht. Allerdings wird ein Drehstrommotor mit nur 1 Phase auf keinen Fall laufen oder gar anlaufen. Dafür haben zB. Wechselstrommotoren mit nur 1 Phase den Kondensator und eine Hilfswicklung.
Eine Wirbelstrombremse wie früher in den LKW, in Kreissägen und selbst beim ICE kann niemals bis zum Stillstand bremsen! Bremswirkung in jeglicher Art der Wirbelstrombremse, setzt vor Allem mal Bewegung voraus. Blockstillstand kann damit also nicht erreicht werden.
bock, von Bock, nicht bLock! Hat mit Block oder blockieren nix zu tun!
Sondern mit einem sturen (Ziegen-)Bock.
Nochmals: mit bock-still meinte ich, er macht keinen Wank, falls er stillsteht; er kann nicht anlaufen. Aber wir meinen das gleiche. Er würde still stehen bleiben, ohne bLockiert zu sein, richtig. Man kann ihn bewegen (Fachbezeichnung: er hat kein Haltemoment).
Und doch: Asynchronmotoren können mit 1 Phase laufen. Sie können angeschoben werden und laufen dann mit 1 Phase. Wegen dem Schlupf, der ebenso entsteht und ein Drehfeld simuliert. Aber richtig ist, dass er nicht anlaufen kann, dazu braucht's den Kondensator. Diesen kann man aber nach dem Hochlaufen entfernen..
Und auch richtig: eine Wirbelstrombremse braucht Bewegung, um zu wirken. Aber solange auch nur ein bisschen Bewegung da ist, wirkt sie theoretisch, wenn auch immer schwächer mit langsamerer Bewegung. Zum Abbremsen eines Fahrzeugs bis zum Stillstand ist sie natürlich alleine nicht geeignet, weil das Bremsen zu lange dauern würde.
Der drehende Asynchronmotor könnte aber mit Gleichstrom auf eine oder mehrere Wicklungen bis zum Stillstand per Wirbelstromeffekt abgebremst werden.
Gern geschehn.
Ich kam schon fast auf den Geschmack, das mit dem rechteckförmigen Dreh-Gleich-Strom mal auszuprobieren...
Mit Gleichstrom müßte ein Schleifringübertrager (Kollektor) wechselweise Strom auf mindestens 2 Spulen im Anker / Läufer eines Motors übertragen.
Durch den Kollektor werden innen verschiedenen Spulen mit Strom beaufschlagt, die ein Magnetfeld aufbauen, das dem des Stators entgegengesetzt wirkt. Sonst wird keine Drehbewegung erzeugt.
Oder der Anker verfügt über einen Dauermagneten, dann müßte sich das Magnetfeld im Stator ständig ändern. Ebenso bei einem Magneten als Stator und wieder der Kollektor auf dem Anker.
Wichtig dabei ist, daß Magnetfelder sich bewegen müssen um in irgend einer Form eine Bewegung zu erzeugen.
Und Drehstrom ist nicht gleich Wechselstrom! Drehstrom ist wohl eher als eine Sonderform des Wechselstromes zu sehen. Ein alter Dynamo, wie man ihn teilweise heute noch al alten Fahrrädern sieht, ist ein Wechselstromgenerator mit 1 Phase und Null. Aber das ist kein Drehstrom!
Drehstrom sieht im allgemeinen Gebrauch so aus, daß man 3 unterschiedliche Phasen und 1 Null hat. die 3 Phasen sind jeweils um 120° zueinander verdreht. Damit arbeiten die Kraftwerke mit ihren Generatoren ebenso wie eine "Lichtmaschine" im Auto, LKW oder Motorrad.
Aber du hattest doch gesagt, dass das Magnetfeld im Rotor entsteht, weil in ihm durch das Drehfeld Spannung induziert wird.
Ja! Und? Der im Rotor induzierte Strom bewirkt ein Magnetfeld, das dem in den Feldspulen entgegengesetzt ist. Gleiche Pole stoßen sich ab, unterschiedliche ziehen sich an...
natürlich jetzt ausgehend von einem Drehstrommotor!
Naja, wieso brauch in dann den Kollektor, wenn das Magnetfeld im Rotor so oder so entsteht.
Du bringst da was durcheinander? Im Drehstrommotor wird im Läufer ein Strom induziert. Das passiert durch das wechselnde Drehfeld. Der induzierte Strom (also ein elektrischer Leiter in einem bewegten Magnetfeld) induziert einen Wirbelstrom im Läufer.
Dieser Wirbelstrom erzeugt seinerseits ein Magnetfeld, das dem der Statorwicklung entgegengesetzt ist. Und das mit der gleichen Frequenz, wie das Stromnetz hat. Also 50Hz
Einen Kollektor brauchst Du ggf bei einem Gleichstrommotor. Da wird durch den Kollektor der Strom immer auf die nächstgelegene Spule geschaltet. In dieser wird dann ein Magnetfeld erzeugt, welche den Anker drehen lässt. Bevor das Magnetfeld sich ausgerichtet hat und der Anker stehen bleiben würde, wird auf die nächste Spule geschaltet....
Das heißt, würde Gleichstrom (ohne Kollektor, einfach anstatt von Wechselstrom) durch die Spulen im Stator laufen, würde keine Spannung im Rotor induziert werden, weil sich das Magnetfeld nicht in seiner Stärke nicht ändert?
Fast richtig. Bei der Induktion ist ein unbedingt erforderlicher Faktor: Bewegung. Die Stärke des Magnetfeldes ist bei einem Motor bzw in dieser Fragestellung weniger "die treibende Kraft" Das sich bewegende Magnetfeld... darauf kommt es an.
Und daß kein Strom im Rotor induziert wird, ist nicht ganz richtig. Im Moment des Einschalten des Gleichstromes würde ein Strom induziert werden. Also beim Aufbau des Magnetfeldes. Im statischen Magnetfeld wo also keinerlei Bewegung mehr vorhanden ist, wird auch keine Induktion stattfinden.
ebenso wie eine "Lichtmaschine" im Auto, LKW oder Motorrad
Also ist im Auto ein Drehstromgenerator eingebaut? Wusste ich nicht. Nachher muss der Drehstrom aber gleichgerichtet werden, denn der Akkumulator braucht Gleichstrom zum Aufladen!
Ja, im Auto sind Drehstromgeneratoren verbaut. Ein Brückengleichrichter mit recht leistungsfähigen Dioden über nimmt das gleichrichten. Was dann in das Bordnetz eingespeist wird, ist ein leicht oberwelliger Gleichstrom.
Ein Drehstrom Motor ist so konstruiert, dass durch den DREHStrom ein rotierendes Magnetfeld entsteht. Diese Bauart ist besonders einfach, weil nur ein Kurzschluß Läufer benötigt wird.
Drehstrom ist eine raffinierte Form von Wechselstrom. Bei Gleichstrom würde nur ein unbewegliches Magnetfeld entstehen.
Wieso wäre das Magnetfeld unbeweglich?
Ich stell mir das so vor:
- Durch die drei Spulenpaare fließt nacheinander Gleichstrom, bzw. wird die Leitung zu den jeweiligen Spulenpaaren unterbrochen.
- Jeder elektrische Leiter besitzt ja ein Magnetfeld. Bei jeder neuen Phase zeigt der Nordpol (oder Südpol) in eine andere Richtung.
- Das ganze simuliert dann eine Drehbewegung, als würde sich ein Dauermagnet um den Rotor bewegen.
- Dabei wird im Rotor aufgrund der wechselnden Richtung des Magnetfeldes eine Spannung induziert und es entsteht ein Magnetfeld um den Rotor.
- Der Rotor dreht sich, allerdings immer langsamer als das Magnetfeld der Spulenpaare, da sonst keine Spannung mehr induziert werden würde.
Siehe mein Kommentar bei meinem Beitrag. Kurzfassung:
Willst du vielleicht fragen, ob man den Drehstrommotor mit Gleichstrom betreiben kann, welcher nacheinaner auf die drei Haupt-Erregerwicklungen geschaltet wird?
Falls ja:
- so ensteht tatsächlich auch ein Magnet-Drehfeld. Eigentlich sind wir dann aber beim bürstenlosen DC-Motor, der elektronisch kommutiert werden muss. Siehe https://de.wikipedia.org/wiki/B%C3%BCrstenloser\_Gleichstrommotor
- Nun bliebe die Frage, wie sich ein als Asynchron-Wechselstrom-Drehstrommotor konstruierter Motor mit Käfigläufer bei so einer Gleichstrom-Ansteuerung verhalten würde. Vermutlichwürde der Motor drehen, wenn man das Timing der DC-Ansteuerungen geschickt wählt. Denn das Ein-/Ausschallten der drei Gleichströme (oben schrieb ich hier fälschlicherweise Drehströme) wäre quasi die Grundwelle des normalen sinusförmigen Drehstroms. Hiermit hätte man halt einen rechteckförmigen "Dreh"strom.
- Fazit: Ich bin fast sicher, dass das funktionieren würde.Mögliche
- Nachteile: Selbstinduktion beim Ausschalten der Spulen (hohe Spannungen!), sehr robusteAnsteuerungselektronik nötig, viele Oberwellen, welche mit der Drehbewegung nichts gemeinsam haben; sehr schwache Leistung und Drehmoment, ineffizienter Betrieb, weil sich die Dauer der Magnetfeldänderungen nur auf den Moment des Ein- oder Ausschaltens beschränken würde, grosse magnetische Verluste, und wohl ein Riesenlärm von den Spulen und vom Läufer!
"es fließt nacheinander Gleichstrom"...
Er fließt also, dann hört er auf, dann fließt er wieder usw.
Das nennt man in der Technik "Wechselstrom".
Gleichstrom fliesst dauernd und gleichmäßig, daher der Name!
Du beschreibst ohne es zu merken die "Bewegung" des Drehstroms. Das ist veränderlicher Strom, also Wechselstrom.
Danke für das Kompliment!
ja, er beschreibt rechteckförmigen Wechselstrom.
Und mit rechteckfömrigem Drehstrom könnte sich der Motor bewegen.
Das rechteckige Signal besteht aus einer sinusförmigen Grundschwingung (Wechselstrom) und vielen Oberwellen.
Um ein Drehfeld zu erzeugen.
Oder funktioniert er auch mit Gleichstrom,
Nein.
Wie würde sie blockstillstehen?