Wie funktioniert eine gemischte Wicklung an einem Wechselstrommotor?

Verbundwicklungen (Compound Winding) sind eine spezielle Art von Wicklungen, die häufig in Wechselstrommotoren verwendet werden, insbesondere in Anwendungen, die eine verbesserte Startleistung und Betriebswirkungsgrad erfordern. Verbundwicklungen kombinieren die Eigenschaften der Hauptwicklung (Main Winding) und der Hilfswicklung (Auxiliary Winding), um eine bessere Leistung zu erzielen. Hier ist eine detaillierte Erklärung, wie Verbundwicklungen funktionieren und welche Eigenschaften sie haben:

1. Struktur von Verbundwicklungen

Verbundwicklungen bestehen in der Regel aus zwei Teilen:

• Hauptwicklung: Dies ist die primäre Wicklung des Motors, die während des normalen Betriebs für den Großteil des Magnetfeldes und des Drehmoments verantwortlich ist. Die Hauptwicklung ist in der Regel in einer Stern- (Y) oder Dreieckschaltung (Δ) angeschlossen.

• Hilfswicklung: Dies ist die sekundäre Wicklung, die zur Verbesserung der Startleistung und der Betriebseigenschaften des Motors verwendet wird. Die Hilfswicklung ist in der Regel während des Starts angeschlossen und nachdem der Motor eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht hat, wieder getrennt.

2. Arbeitsprinzip

Startphase

• Während des Starts: Beim Starten des Motors sind sowohl die Hauptwicklung als auch die Hilfswicklung angeschlossen. Die Hilfswicklung liefert ein zusätzliches Magnetfeld, das dem Motor hilft, die statische Reibung und Trägheit zu überwinden und schneller die Nennleistungsgeschwindigkeit zu erreichen.

• Startstrom: Die Anwesenheit der Hilfswicklung hilft, den Startstrom zu kontrollieren und verhindert, dass es zu starken Stromspitzen kommt, die den Motor oder das Stromnetz beschädigen könnten.

Betriebsphase

• Nach Erreichen der Nennleistungsgeschwindigkeit: Sobald der Motor die vorgegebene Betriebsgeschwindigkeit erreicht hat, wird die Hilfswicklung getrennt und nur die Hauptwicklung bleibt in Betrieb. Dies reduziert den Energieverbrauch und verbessert den Betriebswirkungsgrad des Motors.

• Überlagerung des Magnetfeldes: Während der Startphase überlagern sich die durch die Hauptwicklung und die Hilfswicklung erzeugten Magnetfelder, wodurch ein stärkeres resultierendes Magnetfeld entsteht, was das Startdrehmoment erhöht.

3. Arten von Hilfswicklungen

Es gibt verschiedene Arten von Hilfswicklungen, darunter:

• Kondensatorstartwicklung: Während des Starts wird die Hilfswicklung über einen Kondensator angeschlossen, der die Phase des Stroms verschiebt, wodurch das Startdrehmoment erhöht wird. Nach dem Start wird die Hilfswicklung über einen Zentrifugalschalter getrennt.

• Kondensatorlaufwicklung: Die Hilfswicklung bleibt während des gesamten Betriebs angeschlossen, wobei der Kondensator die Phase anpasst, um die Betriebseigenschaften des Motors zu verbessern.

• Widerstandsstartwicklung: Die Hilfswicklung wird über einen Widerstand angeschlossen, der den Startstrom begrenzt. Nach dem Start wird die Hilfswicklung über einen Zentrifugalschalter getrennt.

4. Vorteile

• Verbesserte Startleistung: Verbundwicklungen erhöhen das Startdrehmoment des Motors erheblich und machen den Start einfacher.

• Gesteuerter Startstrom: Die Kombination aus Hilfswicklung und Kondensatoren kontrolliert den Startstrom effektiv und verringert den Einfluss auf das Stromnetz.

• Verbesserter Betriebswirkungsgrad: Das Trennen der Hilfswicklung nach dem Start reduziert den Energieverbrauch und verbessert den Betriebswirkungsgrad des Motors.

• Verbesserter Leistungsfaktor: Der Einsatz von Kondensatoren kann den Leistungsfaktor des Motors verbessern und den Blindleistungsaufwand reduzieren.

5. Anwendungen

Verbundwicklungen werden in Wechselstrommotoren weit verbreitet eingesetzt, die eine gute Startleistung und Betriebswirkungsgrad erfordern, wie z.B.:

• Haushaltsgeräte: Kühlschränke, Klimaanlagen, Waschmaschinen usw.

• Industrielle Geräte: Lüfter, Pumpen, Kompressoren usw.

Zusammenfassung

Verbundwicklungen optimieren die Leistung von Wechselstrommotoren sowohl während der Start- als auch der Betriebsphase, indem sie die Eigenschaften der Hauptwicklung und der Hilfswicklung kombinieren. Während des Starts liefert die Hilfswicklung ein zusätzliches Magnetfeld, um den Startwiderstand zu überwinden; während des Betriebs wird die Hilfswicklung getrennt, um den Energieverbrauch zu reduzieren und die Effizienz zu verbessern.