Warum ist die Stern-Dreieck-Schaltmethode für einen in Dreieckschaltung angeschlossenen Drehstrommotor nicht möglich?

Ein Induktionsmotor (Induction Motor) zieht während des Startvorgangs einen hohen Strom, da mehrere Faktoren zusammenwirken. Hier ist eine detaillierte Erklärung:

1. Hohe Anfangsdrehmomentanforderung

Anfangsdrehmoment:

• Ein Induktionsmotor muss ausreichend Drehmoment erzeugen, um die statische Trägheit zu überwinden und den Rotor in Rotation zu versetzen. Dies erfordert einen großen Strom, um ein starkes Magnetfeld und Drehmoment zu erzeugen.

2. Niedriger Leistungsfaktor

Leistungsfaktor:

• Der Leistungsfaktor eines Induktionsmotors ist beim Start sehr niedrig. Der Leistungsfaktor ist das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung und zeigt die Effizienz der Last an. Beim Start, da der Rotor noch nicht rotiert, ist die Phasenverschiebung zwischen dem Magnetfeld und dem Strom groß, was zu einem niedrigen Leistungsfaktor führt. Ein niedriger Leistungsfaktor bedeutet, dass der größte Teil des Stroms zum Erzeugen des Magnetfelds verwendet wird, anstatt tatsächlich Arbeit zu leisten, was zu einem hohen Anfangsstrom führt.

3. Niedrige Gegeninduktion

Gegeninduktion (Counter EMF):

• Im normalen Betrieb erzeugt der rotierende Rotor eine Gegeninduktion (Counter EMF), die der Quellenspannung entgegenwirkt und den Strom reduziert. Allerdings ist beim Start der Rotor noch nicht in Rotation, sodass die Gegeninduktion fast null ist. Daher wird die volle Quellenspannung auf die Statorwicklungen angewendet, was zu einem erheblichen Anstieg des Stroms führt.

4. Motorkennlinien

Motorkennlinien:

• Die Impedanz eines Induktionsmotors ist beim Start gering. Am Anfang des Starts beträgt die Rotordrehzahl null, und die induzierte Spannung in den Rotorwicklungen ist ebenfalls sehr gering, was die Impedanz der Rotorwicklungen senkt. Eine geringe Impedanz bedeutet, dass mehr Strom durch die Wicklungen fließen kann, was zu einem höheren Anfangsstrom führt.

5. Prinzip der elektromagnetischen Induktion

Elektromagnetische Induktion:

• Gemäß Faradays Gesetz der elektromagnetischen Induktion induziert sich im Rotor ein Strom, wenn der Strom in den Statorwicklungen ändert. Beim Start, da der Rotor noch nicht rotiert, ist die Änderungsrate des vom Stator erzeugten Magnetfelds am höchsten, was zu dem höchsten induzierten Strom im Rotor führt. Diese induzierten Ströme erhöhen den Anfangsstrom weiter.

6. Netzeigenschaften

Netzeigenschaften:

• Das Stromnetz hat eine begrenzte Kapazität, um über kurze Zeiträume hohe Ströme zu bewältigen. Wenn ein Induktionsmotor startet, kann der hohe Strom einen erheblichen Spannungsabfall verursachen, der den Betrieb anderer Geräte im gleichen Netz beeinträchtigt.

Zusammenfassung

Ein Induktionsmotor zieht während des Startvorgangs aus folgenden Gründen einen hohen Strom:

1. Hohe Anfangsdrehmomentanforderung: Es wird ein großer Strom benötigt, um ausreichendes Drehmoment zu erzeugen.

2. Niedriger Leistungsfaktor: Beim Start ist der Leistungsfaktor niedrig, und der größte Teil des Stroms wird zum Erzeugen des Magnetfelds verwendet.

3. Niedrige Gegeninduktion: Beim Start ist die Gegeninduktion fast null, und die volle Quellenspannung wird auf die Statorwicklungen angewendet.

4. Motorkennlinien: Die Impedanz des Motors ist beim Start gering, was zu einem höheren Strom führt.

5. Prinzip der elektromagnetischen Induktion: Die Änderungsrate des Magnetfelds ist beim Start am höchsten, was zu den höchsten induzierten Strömen im Rotor führt.

Um den Anfangsstrom zu reduzieren, können verschiedene Startmethoden eingesetzt werden, wie Stern-Dreieck-Schaltung, Autotransformator-Start, Softstarter und Frequenzumrichter (VFDs).