Wie funktioniert ein Drehstrommotor

Wenn höhere Leistungen gefordert werden, sind häufig Drehstrommotoren im Einsatz.
Während Wechselstrommotoren an eine einfache Wechselspannung, wie beispielsweise die in Europa üblich Wechselspannung von U=230V angeschlossen werden, benötigen Drehstrommotoren also ein Dreiphasensystem.
Die einzelnen Wechselspannungen sind hier jeweils um 120° verschoben.
Aber nicht nur die höhere Leistung, sondern auch der bessere Gleichlauf, also die konstante Leistungsabgabe an der Welle, ist ein großer Vorteil von Drehstrommotoren.

Bevor auf diese Aspekte hingewiesen wird, soll in diesem Artikel aber zunächst einmal erläutert werden, wie ein Drehstrommotor prinzipiell funktioniert.



Für einen Drehstrommotor wird das Statorfeld mit Hilfe von drei Spulen realisiert. Diese Spulen können in Dreieckschaltung oder Sternschaltung betrieben werden. Das Prinzip ändert sich nicht. Nur die jeweils höhere Spannung an den einzelnen Spulen. Und damit die Gesamtleistung.
Im Video dieses Artikels werden die Spulen in Sternschaltung betrieben. Das Video stammt aus dem YouTube-Kanal von A.Wendt. In seinem Kanal findest Du weitere interessante Videos zur Elektrotechnik, Physik und Mathematik.
Zur Realisierung eines Drehstrommotors werden die drei Spulen des Stators um 120° versetzt angeordnet und an die Außenleiter, bzw. an die Außenleiter und den Neutralleiter in der Sternschaltung, angeschlossen.



Die Spulen erzeugen jeweils ein wechselndes Magnetfeld, dass wie die angelegte Spannung sinus-förmig verläuft. Während einer Periodendauer von 20ms (bei einem 50Hz Spannungssystem) wechselt also nicht nur die Stärke des Magnetfeldes, sondern auch die Polarität.
Durch die Phasenverschiebung der Spannungen sind auch die Magnetfelder jeweils um 120° phasenverschoben.
Betrachtet man das Zusammenspiel der drei Spulen im inneren des Motors, entsteht hier ein Drehfeld. Bei diesem Drehfeld dreht sich ein in der Stärke konstantes Magnetfeld mit einer Periodendauer von 20 ms.

Realisierung des Drehstrommotors

Wenn man nun einen Anker, in dem Modell als Stabmagnet oder eine Kompassnadel, in das Drehfeld, so richtet sich der Nordpol des Ankers dem Südpol des Stators aus. Bzw. der Südpol des Ankers richtet sich in Richtung des Nordpols des Stators.
Der Anker dreht sich also ebenfalls mit einer Periodendauer von 20ms.
Da der Anker sich synchron mit dem Statorfeld dreht, nennt man solche Drehstrommotoren auch Synchronmotoren. Im Gegensatz zu Asynchronen, zu denen ich in einem anderen Artikel noch eingehe.
Im Video wird dieses Prinzip anhand einer Animation erläutert.
Viel Spaß mit dem Video.


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