SCIM: Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer
Squirrel-Cage Induction Machine
Die Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer benötigt keinen Anschluss für die Rotorwicklung. Die Wicklung besteht aus metallischen Stäben (Aluminium oder Kupfer), die an den beiden Stirnseiten des Rotors mit jeweils einem Ring kurzgeschlossen sind. (squirrel-cage bzw. "Hamsterkäfig")
Die Schieberegler sind zunächst so eingestellt, dass eine ideale verlustlose Rotorwicklung bei stillstehendem Rotor unterstellt wird.
Betrachtet wird hier der Betrieb am starren Netz, d.h. die Statorspannung und -frequenz bleiben konstant.
Im Ersatzschaltbild sind die Strangspannung US (grün), der "Leerlaufstrom" I0 (grün), der Statorstrom IS (rot) und der Rotorstrom IRσ (blau) mit den gleichen Farben eingepfeilt wie im Spannungs- bzw. Stromzeigerdiagramm.
Da in dieser Animation der Betrieb bei konstanter Spannung und Frequenz betrachtet wird, werden sich die beiden "grünen Zeiger" US und I0 nicht ändern. Verändern Sie zunächst nicht die beiden Schieberegler (n = 0, RRΓ = 0) und starten Sie die Animation!
Da in dieser Animation der Betrieb bei konstanter Spannung und Frequenz betrachtet wird, werden sich die beiden "grünen Zeiger" US und I0 nicht ändern. Verändern Sie zunächst nicht die beiden Schieberegler (n = 0, RRΓ = 0) und starten Sie die Animation!
In der kurzgeschlossen Rotorwicklung werden Ströme so induziert, dass das Statorfeld fast vollständig kompensiert wird. Dadurch stehen aber die Nord- und die Südpole genau gegenüber, so dass kein Drehmoment erzeugt werden kann.
Es ist aber der (Rotor-)Wicklungswiderstand vernachlässigt worden: die Ströme I0 und IRσ müssen genau gegenphasig sein!
Vergrößern Sie jetzt über den unteren Schieberegler den Rotorwicklungswiderstand RRΓ! Je größer der Widerstand wird, um so größer wird die Phasenverschiebung zwischen den beiden Strömen und es werden somit auch die Nord- bzw. Südpole des Stator- und Rotorfeldes auseinander gedrückt: die Statorpole "schieben" die Rotorpole vor sich her!
Es ist aber der (Rotor-)Wicklungswiderstand vernachlässigt worden: die Ströme I0 und IRσ müssen genau gegenphasig sein!
Vergrößern Sie jetzt über den unteren Schieberegler den Rotorwicklungswiderstand RRΓ! Je größer der Widerstand wird, um so größer wird die Phasenverschiebung zwischen den beiden Strömen und es werden somit auch die Nord- bzw. Südpole des Stator- und Rotorfeldes auseinander gedrückt: die Statorpole "schieben" die Rotorpole vor sich her!
Stellen Sie jetzt RRΓ/XσΓ = 0.20 mit dem unteren Schieberegler ein!
Variieren Sie jetz die Drehzahl im Bereich 0.00...1.00!
Bei n = 1.00 hat der Rotor die gleiche Drehzahl wie das Statorfeld: der Rotor "sieht" ein Gleichfeld
=> es wird keine Spannung in die Rotorwicklung induziert
=> es fließt kein Rotorstrom: der Motor hat die Leerlaufdrehzahl erreicht
Es gilt hier(!) die Frequenzbedingung: Statorfrequenz = Drehzahl + Rotorfrequenz. Überlegen Sie sich die Rotorfrequenz bei einer Drehzahl in Umdrehungen pro Sekunden von 0, 25, 40 und 45, wenn eine Statorfrequenz von 50 Hz unterstellt wird!
Wie groß ist die Leerlaufdrehzahl?
Variieren Sie jetz die Drehzahl im Bereich 0.00...1.00!
Bei n = 1.00 hat der Rotor die gleiche Drehzahl wie das Statorfeld: der Rotor "sieht" ein Gleichfeld
=> es wird keine Spannung in die Rotorwicklung induziert
=> es fließt kein Rotorstrom: der Motor hat die Leerlaufdrehzahl erreicht
Es gilt hier(!) die Frequenzbedingung: Statorfrequenz = Drehzahl + Rotorfrequenz. Überlegen Sie sich die Rotorfrequenz bei einer Drehzahl in Umdrehungen pro Sekunden von 0, 25, 40 und 45, wenn eine Statorfrequenz von 50 Hz unterstellt wird!
Wie groß ist die Leerlaufdrehzahl?
Im eben betrachteten Drehzahlbereich von 0...1 haben die (roten) Statorpole die (blauen) Rotorpole vor sich "hergeschoben":
=> die Maschine läuft als Motor!
Vergößern Sie jetzt die Drehzahl auf Werte > 1.00! Jetzt ist es genau umgekehrt: die (blauen) Rotorpole "schieben" die (roten) Statorpole vor sich her:
=> die Maschine läuft als Generator!
=> die Maschine läuft als Motor!
Vergößern Sie jetzt die Drehzahl auf Werte > 1.00! Jetzt ist es genau umgekehrt: die (blauen) Rotorpole "schieben" die (roten) Statorpole vor sich her:
=> die Maschine läuft als Generator!
Verändern Sie jetzt die Drehrichtung des Rotors (n < 0) und den Rotorwiderstand auf seinen größtmöglichen Wert!
Manche vergleichen das Statordrehfeld und den rotierenden Rotor mit zwei mit unterschiedlicher Drehzahl rotierenden Kupplungsscheiben. Der Zustand den Sie jetzt in der Animation sehen, könnte man mit einem noch vorwärtsrollenden Fahrzeug vergleichen, bei dem der Rückwärtsgang eingekuppelt wird...
Manche vergleichen das Statordrehfeld und den rotierenden Rotor mit zwei mit unterschiedlicher Drehzahl rotierenden Kupplungsscheiben. Der Zustand den Sie jetzt in der Animation sehen, könnte man mit einem noch vorwärtsrollenden Fahrzeug vergleichen, bei dem der Rückwärtsgang eingekuppelt wird...