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Motor

Schlupf des Induktionsmotors

Berechnen Sie den Schlupf, die Synchrondrehzahl, die Schlupffrequenz und die Rotordrehzahl von AC-Induktionsmotoren.

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Formel

n_s = 120f/p, s = (n_s − n_r)/n_s

n_s— Synchronous speed (RPM)
n_r— Rotor speed (RPM)
f— Supply frequency (Hz)
p— Number of poles

Wie es funktioniert

Der Rotor eines AC-Induktionsmotors dreht sich immer etwas langsamer als das rotierende Magnetfeld (Synchrongeschwindigkeit), da er eine Relativbewegung zwischen den Feld- und Rotorleitern benötigt, um Strom zu induzieren und ein Drehmoment zu erzeugen. Diese Geschwindigkeitsdifferenz, ausgedrückt als Prozentsatz der Synchrondrehzahl, wird Schlupf (en) genannt. Synchrondrehzahl n_S = 120 × f/P (wobei f die Versorgungsfrequenz in Hz und P die Anzahl der Pole ist). Der Schlupf nimmt mit dem Lastmoment zu; bei Nennlast beträgt der Schlupf bei Standard-Induktionsmotoren in der Regel 2— 8%.

Bearbeitetes Beispiel

Ein 4-poliger 60-Hz-Induktionsmotor läuft bei Nennlast mit 1746 U/min. Schritt 1 — Synchrondrehzahl: n_S = 120 × 60/4 = 1800 U/MIN Schritt 2 — Slip: s = (N_s − N_r)/N_s × 100 s = (1800 − 1746)/1800 × 100 = 54/1800 × 100 = 3,0% Schritt 3 — Rotorfrequenz (Frequenz der im Rotor induzierten Ströme): f_r = s × f = 0,03 × 60 = 1,8 Hz Schritt 4 — Auswirkung der Lasterhöhung: Wenn sich das Lastdrehmoment verdoppelt und der Schlupf auf 6% ansteigt: N_r = N_s × (1 − s) = 1800 × 0,94 = 1692 U/min Ergebnis: Bei Nennlast läuft der Motor 3% unter der Synchrondrehzahl. Durch die Verdoppelung der Last wird die Drehzahl auf 1692 U/min reduziert — für die meisten Anwendungen immer noch akzeptabel.

Praktische Tipps

  • ✓Denken Sie bei Anwendungen mit variablem Frequenzantrieb (VFD) daran, dass sich die Synchrondrehzahl proportional zur Ausgangsfrequenz ändert, sodass die Nennschlupfdrehzahl in U/min im gesamten Drehzahlbereich ungefähr konstant bleibt
  • ✓Motoren mit hohem Wirkungsgrad (IE3/IE4) haben einen geringeren Schlupf (1— 2%) als Standardmotoren (IE1 bei 5— 8%), da sie einen geringeren Rotorwiderstand haben — was auch bedeutet, dass sie mit Startern mit reduzierter Spannung schwieriger zu starten sind
  • ✓Messen Sie die tatsächliche Wellendrehzahl mit einem Drehzahlmesser, um den Betriebsschlupf zu ermitteln. Dadurch werden Überlastung oder erhöhte mechanische Reibung schnell erkannt, bevor thermische Schäden auftreten

Häufige Fehler

  • ✗Wenn Sie erwarten, dass ein Induktionsmotor mit exakt synchroner Drehzahl läuft, ist das nicht möglich, da ein Nullschlupf keinen induzierten Rotorstrom und kein Drehmoment bedeutet
  • ✗Bei der Berechnung der Motordrehzahl allein anhand der Polzahl und der Frequenz wird der Schlupf ignoriert — ein 4-poliger 60-Hz-Motor läuft mit ~1750 U/min, nicht mit 1800 U/min
  • ✗Verwechseln Sie die Schlupffrequenz mit der Versorgungsfrequenz — die Rotorströme liegen bei der viel niedrigeren Schlupffrequenz (typischerweise 1—5 Hz), nicht bei 50/60 Hz

Häufig gestellte Fragen

Das Schlupfdrehmoment (maximales Drehmoment) ist der Auszugsschlupf, typischerweise 10— 25% bei Standardmotoren. Ab diesem Punkt führt jede zusätzliche Belastung dazu, dass der Motor schnell abbremst und zum Stillstand kommt. Das Verhältnis von Durchschlagsmoment zu Nenndrehmoment beträgt bei Motoren der Bauart B in der Regel das 2—3fache.
Das Drehmoment ist proportional zu V². Wenn die Spannung um 10% abfällt, sinkt die Drehmomentkapazität um ~ 19%. Um das gleiche Lastdrehmoment aufrechtzuerhalten, muss der Schlupf erheblich zunehmen, was den Rotorstrom und die Verluste erhöht. Eine anhaltende Niederspannung führt zu Überhitzung und ist eine der Hauptursachen für vorzeitige Motorausfälle.
Ja — wenn sich der Rotor schneller dreht als das Synchronfeld (z. B. angetrieben durch eine externe Last oder beim regenerativen Bremsen), ist der Schlupf negativ und die Maschine fungiert als Induktionsgenerator und speist Strom zurück in die Stromversorgung.

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