Asynchronmotor

Praktikum Elektrische Maschinen Versuch 5: Drehstromasynchronmaschine Kremser 1998 

Theoretische Grundlagen 

Im Leistungsbereich oberhalb 0,75 kW ("integral horsepower") sind etwa 90% der gefertigten 

elektrischen Maschinen Drehstromasynchronmaschinen (AsM). Asynchronmaschinen 

werden überwiegend als Motoren eingesetzt, hauptsächlich zum Antrieb von Pumpen, 

Lüftern, Kompressoren. Die größte wirtschaftliche Bedeutung haben in Europa 2p = 

4- polige Niederspannungsasynchronmaschinen im Leistungsbereich zwischen 0,75 kW 

und 75 kW. 

AsM werden im Ständer mit einer Drehstromwicklung ausgeführt (in der Regel: symmetrische 

dreisträngige Wicklung , räumlicher Versatz der gleichartig aufgebauten Wicklungsstränge: 

2π/m1p, m1 : Strangzahl, m1 = 3, p: Polpaarzahl). Je nach Läuferbauart 

werden AsM mit Käfigläufer und AsM mit Schleifringläufern unterschieden. Die Läuferwicklung 

besteht entweder aus in das Läuferblechpaket eingegossenen (Aluminium) oder 

eingeschlagenen (Kupfer) Stäben, die an den Enden durch Kurzschlußringe verbunden 

sind (Käfigläufer) oder aus drei symmetrisch angeordneten Wicklungssträngen (stets in 

Sternschaltung, Sternpunkt im Wickelkopf geschaltet), deren Enden auf Schleifringe 

geführt sind, die von außen beschaltet werden können (Schleifringläufer). 

Bei Anschluß der Ständerwicklung an ein symmetrisches Drehstromnetz entsteht im 

Luftspalt ein räumlich näherungsweise sinusförmig verteiltes Feld, dessen Maximum mit 

der konstanten Winkelgeschwindigkeit ω1 / p umläuft. Die zugehörige Drehzahl 

(5.1) n1 = f1 / p 

wird als synchrone Drehzahl bezeichnet. Das Luftspaltgrundfeld induziert in der Läuferwicklung 

Spannungen der Frequenz 

(5.2) f2 = s f1 mit s: Schlupf, s = (n1 - n) / n1, n: Drehzahl 

Die Spannungsgleichungen der AsM bei symmetrischer Speisung und Vernachlässigung 

der Eisen- und Reibungsverluste lauten 

(5.3a) U1 = (R1 + jX1σ) I1 + jXh Iµ 

(5.3b) 0 = [(R'2+R' v ) / s + jX'2σ] I'2 + jXh Iµ 

Den Spannungsgleichungen entspricht das in Bild 5.1 gezeigte einsträngige Ersatzschaltbild, 

wobei zur Berücksichtigung der Eisenverluste ein Widerstand RFe parallel zur 

Hauptreaktanz eingezeichnet werden kann. In den meisten Betriebspunkten unterscheiden 

sich Ständer- und bezogener Läuferstrom nur wenig, so daß das Betriebsverhalten in 

guter Näherung durch das vereinfachte Ersatzschaltbild 5.2 beschrieben werden kann. 

Ständer- und bezogene Läuferstreureaktanz sind zur resultierenden Streureaktanz Xk 

zusammengefaßt. 

Xk = X1σ + X’2σ 

32


Der Ständerwicklungswiderstand ist in den Läuferkreis eingezeichnet. 

U 1 

Aus den Spannungsgleichungen kann mit Hilfe des Gesetzes über die Spaltung der 

Luftspaltleistung 

(5.4) Pδ = m1 2 I'2 R'2 / s 

I 1 

= PCu2 + Pmech 

= s Pδ + (1-s) Pδ 

das Drehmoment als Funktion des Schlupfes berechnet werden. 

Pmech Pδ (1-s) Pδ 

(5.5) M = ⎯⎯ = ⎯⎯⎯⎯⎯ = ⎯⎯ 

2πn 2πn1 (1-s) 2πn1 

Die Drehmoment- Drehzahl- Kennlinie besteht aus zwei Ästen und einem Übergangsbereich 

(siehe Bild 5.3): 

s « skipp: M(s) ≈ 2 Mkipp s / skipp 

s » skipp: M(s) ≈ 2 Mkipp skipp / s 

R 1 R' s 

X 1σ 

I µ 

X h 

33 

X' 2σ 

2 / 

I' 2 

R'V s / 

U'2 / s 

U1 Strangspannung R1 Wicklungswiderstand der Ständerwicklung (Strang) 

I1 Strangstrom (Ständer) R'2 Wicklungswiderstand der Läuferwicklung (bezogen) 

I'2 Läuferstrom (bezogen) X1σ Streureaktanz der Ständerwicklung 

Iµ Magnetisierungsstrom X'2σ Streureaktanz der Läuferwicklung (bezogen) 

s Schlupf R'V Vorwiderstand (bezogen, nur bei Schleifringläufern) 

Xh Hauptreaktanz 

Bild 5.1 Einsträngiges Ersatzschaltbild einer Drehstromasynchronmaschine 

U 1 

I 1 

I µ 

X h 

X k 

R1 R'2 s / 

I' 2 

R'V / s 

U'2 / s 

Bild 5.2 Vereinfachtes einsträngiges Ersatzschaltbild einer Asynchronmaschine 

(Bezeichnungen siehe Bild 5.1)


mit dem Kippmoment Mkipp und dem Kippschlupf skipp. 

5 

M/MN 4 

3 

2 

1 

0 

Rechnung 

Näherungen 

-0,2 -1 0 

-2 

-3 

-4 

-5 

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 n/n1 Gegenstrombremsbereich 

Motorbereich 

Generatorbereich 

Bild 5.3 M- n- Kennlinie (Kloss’sche Formel), Näherungen 

(Darstellung für Mkipp = 2 MN, skipp = 0,1) 

Das Kippmoment beträgt bei vernachlässigbarem Ständerwicklungswiderstand 

(5.6) Mkipp = 

2 

m1 U1 

─── ──── (R1 = 0) 

2πn1 2 Xk 

mit U1 Strangspannung 

Xk = X1σ + X'2σ resultierende Streureaktanz 

Das Kippmoment ist ein Maß für die Drehmomentüberlastbarkeit des Motors; es beträgt 

nach VDE 0530 Teil 12 mindestens Mkipp = 1,6 MN. Das Kippmoment ändert sich qua- 

dratisch mit der Spannung. 

Der Kippschlupf ist nur von der resultierenden Streureaktanz und vom Widerstand im 

Läuferkreis abhängig: 

R'2 (+R'V) 

(5.7) skipp = ──────⎯ (R1 = 0) 

Xk 

Aus den Spannungsgleichungen kann der Ständerstrom als Funktion des Schlupfes 

berechnet und in einer komplexen Ebene aufgetragen werden. Die Ortskurve des Ständerstroms 

ist ein Kreis (Bild 5.4). Bei Verwendung des vereinfachten einsträngigen 

Ersatzschaltbilds liegt der Kreismittelpunkt stets auf der imaginären Achse. 

34


U 1 

Re( I1) ϕ 

I µ 

I 1 

P, s = s 1 

I' 2 

B 

C 

P 0 ,s = 0 

Aus der Stromortskurve können mit Hilfe der Parametergeraden alle wichtigen Betriebsgrößen 

des AsM ermittelt werden, wie zum Beispiel Anlaufstrom IA und Anzugsmoment 

MA(s = 1) oder das Kippmoment Mkipp(s = skipp). 

a) Kenngeraden der Stromortskurve 

a1) Gerade der mechanischen Leistung 

A 

Der Abstand vom jedem beliebigen Kreispunkt zur Gerade der mechanischen Leistung (= 

Verbindung zwischen P0 und Pk), senkrecht zur Imaginärachse gemessen, entspricht der 

mechanischen Leistung. 

a2) Drehmomentgerade 

Motorbereich 

P kipp, s = skipp 

Drehmomentgerade 

Gerade der mechanischen Leistung 

P k , s = 1 

s = skipp 

Gegenstrombremsbereich 

Generatorbereich 

Der Abstand vom jedem beliebigen Kreispunkt zur Drehmomentgerade (= Verbindung 

zwischen P0 und P∞), senkrecht zur Imaginärachse gemessen, entspricht dem Drehmoment. 

35 

Parametergerade 

s = s1 

s = 0 

D 

E F 

P , s = 

s = −R' 2 / R1 

−Im( I1) 2 

AB ∼ m1 R'2 I'2 (Läuferverluste) PB ∼ Luftspaltleistung, Drehmoment 

2 

BC ∼ m1 R1 I'2 (Ständerverluste) PA ∼ mechanische Leistung 

Bild 5.4 Stromortskurve mit Kenngeraden und Parametergerade


a3) Parametergerade 

Jede beliebige Senkrechte auf der Verbindungslinie zwischen Kreismittelpunkt MP und 

dem "ideellen" Kurzschlußpunkt P∞ kann als Parametergerade dienen. Die Parametergerade 

ist linear geteilt. Der Schnittpunkt zwischen dem zu parametrierenden Kreispunkt 

und dem Punkt P∞ liefert den Parameter s dieses Betriebspunktes auf der Parametergerade. 

Zur Parametrierung (= Festlegung der Skala der Parametergerade) muß für zwei Kreispunkte 

der zugehörige Schlupf bekannt sein. 

b) Maßstäbe 

b1) Strom: mI: gewählt (Leiterstrom) Einheit: A/cm 

b2) Leistung: mP = √3 UN mI Einheit: W/cm 

b3) Drehmoment: mM = mP / (2πn1) Einheit: Nm/cm 

Zur Berechnung der Stromwärmeverluste in den Wicklungen (I'2: Leiterstrom): 

2 2 

Y- Schaltung: PCu1 = m1 R1 I'2 PCu2 = m1 R'2 I'2 

2 2 

∆- Schaltung: PCu1 = R1 I'2 PCu2 = R'2 I'2 

Einzelverlustverfahren 

Wegen der relativ hohen Wirkungsgrade insbesondere größerer AsM ist die Wirkungsgradbestimmung 

durch direkte Messung von aufgenommener und abgegebener Leistung 

problematisch. Daher werden die einzelnen Verlustanteile ermittelt. 

Ständerstromwärmeverluste PCu1 = m1 R1W 2 

I1 

R1W = R1k (1 + α∆ϑ) 

mit α: Temperaturkoeffizient des elektrischen 

Widerstands, α = 0,004 1/K 

∆ϑ = 55/75 K für Wärmeklasse B/F, 

R1k: Kaltwiderstand bei 20 o C 

mechanische Leistung Pmech = 2πn M 

Läuferstromwärmeverluste PCu2 = s / (1-s) Pmech 

Eisen- und Reibungsverluste PReib + PFe = P0 - m1 R1k 2 

I10 

mit P0: aufgenommene Leistung 

der leerlaufenden Maschine 

I10: Leerlaufstrangstrom 

Zusatzverluste nach VDE 0530 Pzus = 0,005 PelN (I/IN) 2 

Pmech 

η = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 

Pmech + PCu1 + PCu2 + PFe + PReib + Pzus 

mit PelN: aufgenommene elektrische 

Leistung bei Bemessungsbetrieb 

36


Betriebsverhalten von Schleifringläufermotoren 

Das Betriebsverhalten von AsM mit Schleifringläufern kann durch das Einschalten von 

Vorwiderständen in den Läuferkreis variiert werden. Nach Gl. 5.3b ergeben sich mit Vorwiderstand 

beim Schlupf s* dieselben Betriebsdaten wie für RV = 0, wenn die Bedingung 

s* R2 + RV 

(5.8) ── = ────── 

s R2 

erfüllt ist. Bild 5.5 zeigt die Drehmoment- Drehzahl- Kennlinien eines Schleifringläufermotors 

mit verschiedenen Vorwiderständen. 

M /M N 

Schleifringläufermotoren werden eingesetzt, 

- um den Anlaufstrom zu verringern und das Anlaufmoment zu erhöhen, 

- für Antriebe mit hohem Trägheitsmoment. 

Hierbei kann die in der Läuferwicklung beim Hochlauf entstehende Wärmemenge durch 

Einschalten von Vorwiderständen verringert werden. 

Eine wichtige Kenngröße der Schleifringläufermotoren ist die Läuferstillstandsspannung 

U20, die im Stillstand zwischen den offenen Schleifringen gemessen werden kann (Ständerwicklung 

an Bemessungsspannung). Die Läuferstillstandsspannung gestattet die 

näherungsweise Bestimmung des Übersetzungsverhältnisses. 

R'2 ┌ UN ┐ 2 

(5.9) ── = │ ─── │ 

R2 └ U20 ┘ 

4 

3 

2 

1 

0 

R V = 6,6 R 2 

R V = 16,9 R 2 

0 0,2 0,4 0,6 0,8 n /n 1 

1 

37 

R V = 2,6 R 2 

R V = 0 

Bild 5.5 Drehmoment- Drehzahl- Kennlinien eines Schleifringläufermotors 

(Parameter Vorwiderstand RV)


Betriebsverhalten von Drehstrom- AsM am Wechselstromnetz 

Im Bereich kleiner Leistungen werden Asynchronmotoren häufig am Wechselstromnetz 

betrieben. Einsatzbereiche sind beispielsweise Pumpen für Waschmaschinen und 

Geschirrspüler, Antriebe für Wäschetrockner, Kreissägen, Rasenmäher usw. . 

Zur Bildung eines zeitlich konstanten Drehmoments ist im Luftspalt einer Asynchronmaschine 

ein möglichst sinusförmig verteiltes magnetisches Feld erforderlich, dessen 

Maximum mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ω1 / p im Luftspalt umläuft. Bei Anschluß 

eines oder mehrerer Wicklungsstränge an ein Wechselstromnetz entsteht im Luftspalt 

jedoch nur ein Wechselfeld. 

Um Drehstrommotoren mit m1 = 3 gleichartigen Wicklungssträngen am Wechselstromnetz 

betreiben zu können, wird die sogenannte Steinmetzschaltung nach Bild 5.6 ausgeführt. 

Z Z 

IZ 

I U 

U = U 

U N 

Die Symmetriebedingung für die Ströme lautet 

I W 

U W 

(5.10) IV = IU e -j2π/3 , IW = IU e -j4π/3 

Für den Strom durch die Zusatzimpedanz ergibt die Knotenpunktregel 

IZ = IV − IW = −j√3IU, 

woraus sich für die Zusatzimpedanz die Bedingung 

UW UN e -j4π/3 1 UN √3 1 

(5.11) ZZ = ⎯ = ⎯⎯⎯⎯ = ⎯ ⎯ [ − ⎯ − j ⎯ ] 

IZ -j√3IU √3 IU 2 2 

U V 

ergibt. Wird die Motorimpedanz Z = UN/IU durch Z = R(s) + jX(s) ersetzt, so kann eine 

Bedingung für die Zusatzimpedanz abgeleitet werden. 

1 ⎡ √3 1 ⎤ 

(5.12) ZZ = ⎯ ⎢[R(s) + jX(s)] [ − ⎯ − j ⎯ ] ⎥ 

√3 ⎣ 2 2 ⎦ 

38 

I V 

I 

bei Linkslauf 

Bild 5.6 Steinmetzschaltung eines Drehstrommotors zum Betrieb am Wechselstromnetz


1 ⎡ −√3 1 1 √3 ⎤ 

= ⎯ ⎢ ⎯ R(s) + ⎯ X(s) − j [ ⎯ R(s) + ⎯ X(s)] ⎥ 

√3 ⎣ 2 2 2 2 ⎦ 

Die Symmetrierung nur dann mit einer idealen Kapazität erfolgen, wenn der Realteil verschwindet: 

Re(ZZ) = 0 ⇒ R(s*) = X(s*) / √3 ⇒ ⏐tanϕHa⏐ = X(s*) / R(s*) = √3 ⇒ ϕ = −π/3 

Im(ZZ) = −jXCB 

−j ⎡ 1 

= ⎯ 

√3 ⎤ 

⎢ ⎯ R(s*) + ⎯ √3 ⎣ 2 

X(s*) ⎥ 

2 ⎦ 

XCB 

Der Netzstrom beträgt 

X(s*) 

= ⎯⎯ 

√3 

⎡ 1 √3 

⎢ ⎯⎯ + ⎯ 

⎣ 2√3 2 

⎤ 

⎥ 

⎦ 

2 

= ⎯ X(s*) 

3 

(5.13) I = IU − IV = IU (1 − e −j2π/3 ) = √3 IU e jπ/6 = √3 UN / (Z(s*) e jπ/3 ) e jπ/6 

= √3 UN / Z(s*) e -jπ/6 

Der Netzleistungsfaktor im Symmetriepunkt ist also 

cos(−π/6) = √3/2. 

Für den Kondensatorstrom ergibt die Knotenpunktregel 

(5.14) IZ = IV − IW = IU (e −j2π/3 − e −j4π/3 ) = √3IU e −jπ/2 

= √3UN / (Z(s*) e jπ/3 ) e −jπ/2 = √3UN / Z(s*) e −j5π/6 . 

Der Kondensatorstrom ist gleich dem Leiterstrom, d. h. bei symmetrischer Speisung 

gleich dem √3-fachen Strangstrom. Das Verhältnis zwischen der Kondensatorblindleistung 

QCB und der von der Maschine aufgenommenen Wirkleistung PW beträgt 

QCB UC IZ UN √3IU 2 

(5.15) ⎯⎯ = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = ⎯ 

PW 3 UN IU cosϕU 3 UN IU 0,5 √3 

2 

Wegen QCB = ωCBUN folgt die Bestimmungsgleichung für die erforderliche Kapazität 

2 PW 

CB = ⎯⎯⎯⎯ 

2 

√3 ω UN 

Da sich die elektrisch aufgenommene und die mechanisch abgegebene Leistung nur 

durch den Wirkungsgrad unterscheiden (P = η PW), kann die Kapazität des Symmetrierungskondensators 

auch mit Hilfe der mechanischen Leistung ausgedrückt werden: 

2 P 

(5.16) CB = ⎯⎯⎯⎯⎯ 

2 

η√3 ω UN 

Im Leistungsbereich zwischen 0,55 kW und 2,2 kW beträgt der Wirkungsgrad 4poliger 

Drehstromasynchronmotoren etwa η ≈ 75%. Für eine Netzspannung von UN = 230 V (∆) 

kann bei der Netzfrequenz von f1 = 50 Hz eine „Faustformel“ zur Bestimmung der Kapazität 

angegeben werden: 

39


CB 93 µF 

⎯ ≈ ⎯⎯⎯ (UN = 230 V (∆), f1 = 50 Hz) 

P kW 

Im Symmetrierungspunkt beträgt die mechanische Leistung etwa 50% der Bemessungsleistung 

(I/IN ≈ 0,8, cosϕ/cosϕN ≈ 0,5/0,8). Daher kann die Symmetrierungskapazität 

überschlägig direkt aus der auf dem Leistungsschild angegebenen Bemessungsleistung 

berechnet werden: 

CB 93 µF 0,5 47 µF 

(5.17) ⎯ ≈ ⎯⎯⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯ (UN = 230 V(∆), f1 = 50 Hz, Pmax ≈ 0,7 PN) 

PN kW kW 

Die durch die Maschinenerwärmung begrenzte maximale mechanische Leistung des 

Motors in Steinmetzschaltung ist etwa 70% der Bemessungsleistung bei Betrieb am 

Drehstromnetz. 

Beispiel: Drehstrommotor mit UN = 230 V(∆)/400 V(Y), PN = 1,5 kW: 

CB ≈ 1,5 kW 47 µF/kW = 70 µF, Pmax ≈ 0,7 1,5 kW ≈ 1 kW 

Der Schlupf im symmetrierten Betrieb ist kleiner als der Schlupf im Bemessungsbetrieb 

am Drehstromnetz. Im Anlauf (s = 1) bildet sich im allgemeinen ein stark unsymmetrisches 

Stromsystem mit der Folge eines verringerten Anzugsmoments aus. Bei Antrieben, 

die ein großes Anzugsmoment erfordern, wird daher parallel zum Betriebskondensator 

ein Anlaufkondensator geschaltet, der nach erfolgtem Hochlauf (zum Beispiel über ein 

Zeitrelais) abgeschaltet wird. Die Anlaufkondensatoren sind wegen des großen Einschaltstroms 

deutlich größer als die Betriebskondensatoren. 

Versuchsdurchführung 

1. Daten des Typenschilds notieren, Bemessungsmoment (Nennmoment) MN berechnen 

2. Widerstandmessung 

Messen Sie die Wicklungswiderstände von Ständer- und Läuferwicklung (R1k, R2k) 

sowie die Raumtemperatur ϑ1. 

3. Läuferstillstandsspannung 

Messen Sie die Läuferstillstandsspannung (n = 0, zwischen je zwei Schleifringen, Ständerwicklung 

an Bemessungsspannung, Schleifringe offen). 

4. Leerlaufmessung (U = UN) 

Mit Hilfe der Leerlaufmessung werden die Eisen- und Reibungsverluste bestimmt 

(wichtig für die Wirkungsgradbestimmung). 

Messen Sie bei unbelasteter Maschine den Leerlaufstrom I10 und die Leerlaufverluste 

P0. 

40


5. Bestimmung des bezogenen Läuferwicklungswiderstands 

Belasten Sie die Maschine bei kurzgeschlossenen Schleifringen mit dem Bemessungsmoment 

MN (U = UN). Messen Sie Ständerstrom I1, die aufgenommene Wirkleistung 

PW und die Drehzahl n. 

Zeichnen Sie das Zeigerdiagramm für Bemessungsbetrieb (vergl. Betriebspunkt P in 

Bild 5.4). 

Anleitung: Verwenden Sie den Leerlaufstrom Iµ ≈ I10 aus der Leerlaufmessung 4., 

Bestimmen Sie die Richtung von I1 aus cosϕ = PW / (√3 U I1). 

Bestimmen Sie aus dem Zeigerdiagramm den Strom I'2. Berechnen Sie aus 

(Gl. 5.4), 

PCu2 = s / (1-s) Pmech = m1 R'2 2 

I'2 , 

den bezogenen Läuferwicklungswiderstand. 

Hinweis: Diese Methode der Bestimmung des Läuferwicklungswiderstands kann 

auch bei Käfigläufermotoren angewandt werden. 

6. Belastungsmessung 

6.1 Betrieb am sinusförmigen Netz (Schaltung nach Bild 5.7, Seite 46) 

a) U = UN, ohne Vorwiderstand (RV = 0) und mit zwei verschiedenen Vorwiderständen 

(RV1, RV2). 

Messen Sie bei Bemessungsspannung die Drehzahl bei verschiedenen motorischen 

Belastungen (n = f(M), einschließlich Leerlauf (M = 0)) ohne bzw. mit Vorwiderstand. 

Ermitteln Sie bei der Messung ohne Vorwiderstand die Belastung, bei der der 

Leistungsfaktor cosϕ = 0,5 beträgt und messen Sie Drehzahl, Drehmoment, Ständerstrom 

sowie die elektrisch aufgenommene Leistung. 

b) U = UN/√3 (Y), RV = 0 

Messen Sie bei reduzierter Spannung, Drehzahl, Ständerstrom und Leistungsfaktor als 

Funktion des Drehmoments (motorisch und generatorisch). 

6.2. Bestimmung der Wicklungserwärmung 

Messen Sie nach den Messungen 6.1 die Wicklungswiderstände der Ständerwicklung. 

Anleitung: Setzen Sie zeitgleich mit dem Abschalten der Maschine die Stoppuhr in 

Gang. Führen Sie unmittelbar nach dem Abschalten (erste Messung möglichst 

innerhalb von 20...30 s nach dem Abschalten!) während einer Zeit von 

etwa 5 min nach Abschalten der Maschine mehrere Widerstandsmessungen 

durch und notieren Sie zu jeder Messung die Zeit. 

6.3 Betrieb am Wechselstromnetz in Steinmetzschaltung (Prinzipschaltung Bild 5.8, Seite 

47, Meßschaltung mit Anschluß des Leistungsmeßgeräts Bild 5.9, Seite 48) 

Hinweis: Zur zügigen Versuchsdurchführung soll der untersuchte Schleifringläufer 

auch für den Betrieb in Steinmetzschaltung verwendet werden. Wegen des 

41


geringen Anzugsmoments müssen zum Anlauf entweder Vorwiderstände in 

den Läuferkreis geschaltet werden, oder es ist ein Anlaufkondensator 

parallel zum Betriebskondensator zu verwenden, der nach erfolgtem Hochlauf 

sofort abzuschalten ist. Bei direktem Einschalten unter Verwendung 

des Anlaufkondensators ist mit großen Strömen und damit mit starker 

Erwärmung der Maschine zu rechnen! 

Bestimmen Sie zunächst überschlägig die Kapazität des Betriebskondensators nach 

Gl.(5.17) (Bemessungsspannung des Motors beachten!). 

Belasten Sie die Maschine, bis der Leistungsfaktor in den drei Strängen jeweils etwa 

0,5 beträgt. Optimieren Sie in diesem Betriebspunkt die Betriebskapazität (möglichst 

geringe Abweichungen zwischen den Leistungsfaktoren und Strömen der drei Wicklungsstränge). 

Ermitteln Sie anschließend durch Entlastung das kleinstmögliche thermisch 

zulässige Drehmoment Mthmin (max(IU, IV, IW) = IN) , Meßwerte der Ströme beobachten, 

Grenze ist erreicht, wenn einer der Strangströme den Bemessungsstrom 

erreicht) und analog durch Belastung das größte thermisch zulässige Drehmoment 

Mthmax (max(IU, IV, IW) = IN). 

Messen Sie bei konstanter Spannung im Symmetrierungspunkt sowie für M = Mthmin, 

M = Mthmax 

- die Strangströme IU, IV und IW, 

- die elektrisch aufgenommenen Leistungen PelU, PelV und PelW, 

- die Strangspannungen UU, UV und UW, 

- die Drehzahl n. 

Versuchsauswertung 

2. Berechnen Sie die mittleren Wicklungswiderstände R1k bzw. R2k eines Ständer- bzw. 

Läuferwicklungsstranges bei Raumtemperatur. 

3. Ermitteln Sie das Übersetzungsverhältnis (Gl. 5.9) und den bezogenen Läuferwiderstand 

R’2. 

4. Ermitteln Sie die Eisen- und Reibungsverluste für Bemessungsbetrieb (U = UN, n = nN). 

5. Vergleichen Sie den aus Gleichstrommessung und Übersetzungsverhältnis bestimmten 

bezogenen Läuferwicklungswiderstand mit dem aus der Belastungsmessung für 

M = MN ermittelten. 

6.1 a) Zeichnen Sie die Drehmoment- Drehzahl- Kennlinien M = f(n) für U = UN ohne bzw. 

mit Vorwiderstand (RV1, RV2) sowie für U = UN/√3 (Y), RV = 0 in ein Diagramm. Diskutieren 

Sie die Kennlinienverläufe. 

42


6.1 b) Zeichnen und parametrieren Sie die Stromortskurve für U = UN/√3 (Y), RV = 0. 

Anleitung zur Parametrierung: Berechnen Sie 

- die Streureaktanz Xk aus dem Kreisdurchmesser I∅ = I'2(s = −R'2 / R1): 

Xk = U1Strang/I∅Strang 

- die Hauptreaktanz Xh aus dem Leerlaufstrom I10: 

Xh = U1Strang/I10Strang 

Berechnen Sie für U = UN/√3 (Y) den Anlaufstrom IA = I1(s = 1) und den ideellen Kurzschlußstrom 

I1∞ = I1 (s = ∞) mit Hilfe des vereinfachten einsträngigen Ersatzschaltbilds 

und zeichnen Sie die Punkte Pk (s = 1) und P∞ (s = ∞) in die Stromortskurve ein. 

Ermitteln Sie mit Hilfe der Stromortskurve das Anzugsmoment und das Kippmoment 

und rechnen Sie diese sowie den Anlaufstrom auf volle Spannung um. Geben Sie die 

Größen als Relativwerte an: mA = MA / MN, iA = IA / IN, mkipp = Mkipp / MN. 

Ermitteln Sie das bezogene Anzugsmoment mA und den bezogenen Anlaufstrom iA mit 

Vorwiderstand (RV1, RV2). 

6.1c) Zeichnen Sie mit Hilfe der Stromortskurve die Strom- Drehzahl- Kennlinie sowie die 

Drehmoment- Drehzahl- Kennlinie (U = UN/√3 (Y), 0 < n < n1). Tragen Sie zusätzlich die 

Meßwerte für Strom und Drehmoment aus 6.1b) in das Diagramm ein. 

Bestimmen Sie für Bemessungsbetrieb (U = UN, M = MN, RV = 0) den Wirkungsgrad 

nach dem Einzelverlustverfahren. 

6.2 Tragen Sie die nach dem Abschalten gemessenen Wicklungswiderstände über der 

Zeit auf und ermitteln Sie durch Interpolation bzw. Extrapolation die Widerstände R1W 

zu den Zeitpunkten t = 30 s (entspr. VDE 0530 T 1) bzw. t = 0 (Abschaltzeitpunkt). 

Bestimmen Sie die zugehörigen Wicklungserwärmungen aus der Beziehung 

ϑ2 + 235 K R1W 

⎯⎯⎯⎯⎯ = ⎯⎯ 

ϑ1 + 235 K R1k 

ϑ2: Temperatur nach dem Abschalten (t = 0, t = 30 s) 

ϑ1: Raumtemperatur (Messung 2.) 

6.3 Vergleichen Sie die meßtechnisch ermittelte optimale Kapazität mit der überschlägig 

berechneten. 

Beschreiben Sie die zum zügigen Anlauf verwendete Schaltung (Vorwiderstände 

und/oder Anlaufkondensator). 

Berechnen Sie für alle drei Betriebspunkte die abgegebene mechanische Leistung. 

Zeichnen Sie das Zeigerdiagramm aller Spannungen und Ströme im Symmetrierungspunkt 

(einschließlich Kondensatorstrom IC und Netzstrom I). 

43


~ 

400 V 50 Hz 

L1 

L2 

L3 

N 

Stelltrafo 

V 

power analyser 

CH1 CH2 CH3 

Bild 5.7 Drehstromasynchronmotor am Netz: Schaltung 

44 

R V 

K L M 

M G 

U1 

V1 

W1 

U2 V2 W2


U 50 Hz 

I 

(L2*) 

L 

N 

(L3*) 

CH2 

U2 

V1 

Bild 5.8 Steinmetzschaltung: Schaltbild (mit dreiphasigem Wattmeter zur Messung der 

Strangleistungen, Rechtslauf) 

45 

U1 

V2 

CH1 

CH3 

W1 W2 

I C


400 V 50 Hz 

L1 

L2 

L3 

N 

L3* 

L2* 

Bild 5.9 Steinmetzschaltung: Anschluss des Leistungsmessgerätes 

power analyser 

46 

A 

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