Induktionsmotor

Ein Asynchronmotor wandelt Wechselstrom unmittelbar in mechanische Rotation um, indem er elektromagnetische Induktion nutzt und keine elektrischen Kontakte zwischen dem stillstehenden Stator und dem drehenden Rotor braucht. Die vom Wechselstromnetz gespeiste Statorwicklung erzeugt ein rotierendes Magnetfeld; dieses Feld durchschneidet die Leiterstäbe des Rotors (üblicherweise aus Aluminium oder Kupfer) und induziert Ströme in ihnen. Diese induzierten Ströme erzeugen ihr eigenes Magnetfeld, das gegen das Statorfeld wirkt und so das Drehmoment erzeugt. Der Rotor erreicht nie ganz die Geschwindigkeit des rotierenden Feldes; der Schlupf liegt typisch zwischen 2 und 5 Prozent bei Volllast, abhängig vom Motoraufbau.

Zwei Hauptbauarten dominieren die industrielle Anwendung. Der Käfigläufer, mit Abstand der gebräuchlichste, besteht aus Kupfer- oder Aluminiumbäreinen in Nuten rund um den Rotorkern und ist an den Enden durch Kurzschlussringe verbunden; er ist robust, kostengünstig und wartungsfrei. Der Schleifringläufer hat echte Wicklungsspulen und Schleifkontakte, wodurch sich äußere Widerstände in den Rotorkreis schalten lassen für besseres Anfahrtsdrehmoment und Drehzahlregelung, kostet aber mehr und braucht Bürstenpflege.

Warum Asynchronmotoren in der Industrie führend sind

Asynchronmotoren setzen sich durch, weil sie einfach, zuverlässig und kostengünstig sind. Anders als Gleichstrommotoren haben sie keinen Kommutator oder Bürsten, die verschleißen, und der Käfigläufer hat praktisch überhaupt keine Bürsten. Sie starten zuverlässig am Wechselstromnetz ohne aufwendige Schaltgeräte und halten Stoßbelastungen und schmutzige Umgebungen aus. Drehstrommotoren liefern gleichmäßige Leistung und brauchen keine Pulsversorgung. Genormte Rahmengrößen und Leistungen bedeuten, dass Ersatzteile überall erhältlich sind, und Elektromotoren werden nach diesen Vorgaben gebaut.

Der Anlaufstrom ist ein bekannter Kompromiss: direktes Netzschalten zieht 5 bis 7 mal den Nennstrom für mehrere Sekunden, was Stromversorgung und mechanische Teile belastet. Sanftstarter oder Frequenzumrichter (VFDs) entschärfen das, kosten aber mehr und sind komplizierter. Bei geringer Last arbeiten Asynchronmotoren weniger wirksam; der Schlupf bedeutet, dass sie immer Strom verbrauchen, selbst wenn sie kaum laufen.

Der Name spiegelt wider, wie der Motor funktioniert: Der Strom im Rotor wird vom wechselnden Magnetfeld des Stators induziert, nicht durch elektrische Kontakte zugeleitet. Dieses Induktionsprinzip, erklärbar nach Faradays Gesetz, war der Durchbruch, der Wechselstrommotoren praktisch machte. Heute reichen Asynchronmotoren von Bruchteilen einer Kilowattstunde (wenige Watt) in Haushaltsgeräten bis zu tausenden Kilowatt in Industriepumpen, Lüftern und Verdichtern und treiben etwa zwei Drittel aller mechanischen Bewegungen in der Fertigung an.