Phasensplit-Induktionsmotor

Der Split-Phasenmotor, auch als Widerstandsstartmotor bezeichnet, verfügt über einen Einhüllkäfigläufer. Sein Stator ist mit zwei unterschiedlichen Wicklungen ausgestattet: der Hauptwicklung und der Startwicklung. Diese beiden Wicklungen sind räumlich um 90 Grad versetzt, was eine entscheidende Rolle für den Betrieb des Motors spielt.

Die Hauptwicklung zeichnet sich durch sehr geringen Widerstand und hohe induktive Blindwirkung aus, während die Startwicklung die gegenteiligen Eigenschaften aufweist, nämlich hohen Widerstand und geringe induktive Blindwirkung. Dieser Unterschied in den elektrischen Eigenschaften zwischen den beiden Wicklungen ist entscheidend für die Erzeugung des notwendigen Drehmoments zum Starten des Motors. Das Verbindungsschema dieses Motors wird unten dargestellt, um zu zeigen, wie diese Komponenten im elektrischen Schaltkreis interagieren:

Ein Widerstand ist in Serie mit der Hilfs- (Start-) Wicklung verbunden. Aufgrund dieser Anordnung unterscheiden sich die Ströme, die durch die beiden Wicklungen fließen. Folglich ist das resultierende rotierende magnetische Feld ungleichmäßig, was zu einem relativ geringen Startdrehmoment führt. In der Regel liegt dieses Startdrehmoment im Bereich von 1,5 bis 2 Mal dem angegebenen Laufdrehmoment. Beim Starten sind sowohl die Haupt- als auch die Startwicklung parallel an die Stromquelle angeschlossen.

Sobald der Motor etwa 70 - 80 % der Synchrongeschwindigkeit erreicht hat, wird die Startwicklung automatisch von der Stromquelle getrennt. Für Motoren mit einer Leistung von etwa 100 Watt oder höher wird häufig ein Zentrifugalschalter verwendet, um diese Trennung durchzuführen. Im Gegensatz dazu werden bei niedriger leistungsfähigen Motoren Relais eingesetzt, um die Startwicklung abzuschalten.

Ein Relais ist in Serie mit der Hauptwicklung verbunden. Während der Startphase fließt ein beträchtlicher Strom durch den Schaltkreis, was dazu führt, dass die Relaiskontakte schließen. Dadurch wird die Startwicklung in den Schaltkreis eingeschaltet. Sobald der Motor seine vorgegebene Betriebsgeschwindigkeit erreicht, beginnt der durch das Relais fließende Strom abzunehmen. Schließlich öffnet sich das Relais und trennt die Verbindung der Hilfswicklung von der Stromquelle. Ab diesem Punkt arbeitet der Motor nur noch mit der Hauptwicklung.

Das Phasendiagramm des Split-Phasen-Induktionsmotors, das die elektrischen Beziehungen und Phasenverschiebungen im Motor verdeutlicht, ist unten dargestellt:

Der in der Hauptwicklung fließende Strom IM fällt gegenüber der Netzspannung V um fast 90 Grad zurück. Im Gegensatz dazu ist der in der Hilfswicklung fließende Strom IA etwa in Phase mit der Netzkraftlinienspannung. Dieser Unterschied in der Phasenbeziehung zwischen den beiden Wicklungen führt zu einer zeitlichen Verschiebung ihrer Ströme. Obwohl die Zeitphasenverschiebung ϕ nicht 90 Grad beträgt, sondern in der Regel etwa 30 Grad, reicht sie aus, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Dieses rotierende Magnetfeld ist entscheidend für die Initiierung der Rotation des Motors und ermöglicht es ihm, zu arbeiten.

Die Drehmoment-Geschwindigkeits-Kennlinie des Split-Phasenmotors, die zeigt, wie sich das Drehmoment des Motors in Abhängigkeit von seiner Rotationsgeschwindigkeit ändert, wird unten dargestellt. Diese Kennlinie bietet wertvolle Einblicke in die Leistung des Motors unter verschiedenen Betriebsbedingungen und ist essentiell, um sein Verhalten zu verstehen und seinen Einsatz in verschiedenen Anwendungen zu optimieren.

In der Drehmoment-Geschwindigkeits-Kennlinie des Split-Phasenmotors markiert n0 die Rotationsgeschwindigkeit, bei der der Zentrifugalschalter aktiviert wird. Das Startdrehmoment des Widerstandsstartmotors beträgt in der Regel etwa 1,5 Mal das Vollastdrehmoment. Bei etwa 75 % der Synchrongeschwindigkeit kann der Motor ein maximales Drehmoment erreichen, das etwa 2,5 Mal das Vollastdrehmoment beträgt. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass beim Starten der Motor einen erheblichen Strom zieht, der etwa 7 bis 8 Mal den Vollastwert beträgt.

Die Richtungsumkehr eines Widerstandsstartmotors ist ein einfacher Prozess. Sie kann durch die Umkehrung der Leitungsanbindung entweder der Hauptwicklung oder der Startwicklung erreicht werden. Es ist entscheidend zu betonen, dass diese Umkehrung nur ausgeführt werden kann, wenn der Motor stillsteht; eine Umkehrung während des Betriebs kann zu mechanischen und elektrischen Schäden führen.

Anwendungen des Split-Phasen-Induktionsmotors

Split-Phasen-Induktionsmotoren sind bekannt für ihre Kostengünstigkeit. Sie eignen sich gut für Anwendungen mit leicht startenden Lasten, insbesondere wenn die Häufigkeit der Startvorgänge relativ gering ist. Aufgrund ihres begrenzten Startdrehmoments sind diese Motoren nicht ideal für Antriebe, die mehr als 1 kW Leistung benötigen. Dennoch finden sie weite Verwendung in einer Vielzahl von allgemeinen Haushalts- und Industriegeräten:

• Haushaltsgeräte: Sie treiben Komponenten wie Waschmaschinen und Lüfter von Klimageräten an, was den reibungslosen Betrieb dieser wichtigen Geräte ermöglicht.

• Küchen- und Reinigungsgeräte: In der Küche treiben sie Misch- und Mahlgeräte an, während sie in Reinigungsanwendungen in Bodenpoliersystemen verwendet werden, was den täglichen Haushalt erleichtert.

• Flüssigkeitsverteilung und Lüftung: Gebläse und Zentrifugalpumpen, die für die Lüftung und Flüssigkeitsbeförderung in verschiedenen Systemen wichtig sind, verlassen sich oft auf Split-Phasen-Induktionsmotoren für ihren Betrieb.

• Werkzeugmaschinen: Diese Motoren spielen auch in Bohr- und Drehmaschinen eine Rolle, was zur Präzision und Effizienz von Fertigungsprozessen beiträgt.

Zusammenfassend bleibt der Split-Phasen-Induktionsmotor mit seinen einzigartigen Eigenschaften und praktischen Anwendungen ein wertvoller Bestandteil in der Welt der Elektrotechnik.