Drehzahl von Drehstrom-Asynchronmotoren aus Polzahl und Frequenz, Schlupf vom Typenschild und was mit Drehzahl, Moment, Leistung und Spannung passiert, wenn ein Frequenzumrichter (FU) den Motor langsamer oder schneller laufen lässt.
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Synchrone und typische Volllastdrehzahl für jede Polzahl bei der gewählten Netzfrequenz und bei üblichen Umrichterfrequenzen. Die hervorgehobene Zeile ist Ihr Motor: sein Schlupf laut Typenschild und die gewählte Last.
Drehstrom-Asynchronmotor an einem Frequenzumrichter mit U/f-Kennlinie. p ist die Polzahl (nicht die Polpaarzahl), f die Frequenz, s der Schlupf. Die Eckfrequenz ist die Netzfrequenz auf dem Typenschild.
Faustregeln für die Warnungen: Ein eigenbelüfteter Motor wird bei vollem Moment unter etwa 20–25 Hz zu heiß, weil sein eigener Lüfter langsamer dreht; über etwa 1,5 × Eckfrequenz Lager, Wuchtung und die maximale mechanische Drehzahl laut Hersteller prüfen; bei Lüftern und Pumpen steigt die Leistung mit der dritten Potenz der Drehzahl, sodass ein Betrieb über der Bemessungsdrehzahl den Motor schnell überlastet.
Dieser Rechner ermittelt Wellendrehzahl, Drehmoment, Leistung und Spannung eines Drehstrom-Asynchronmotors am Frequenzumrichter (FU). Geben Sie Drehzahl, Leistung, Spannung und Polzahl vom Typenschild ein und stellen Sie dann die Umrichterfrequenz ein. Er zeigt synchrone Drehzahl, Schlupf, Bemessungsmoment, das Moment, das der Motor über der Eckfrequenz noch liefern kann, sowie Warnungen vor Überhitzung bei niedriger Drehzahl oder Überlastung bei Lüftern. Elektriker, Instandhalter, Antriebstechniker und Studierende nutzen ihn, um einen Motor zu prüfen, bevor sie den Sollwert des Umrichters ändern.
Bei 35 Hz läuft der Motor mit etwa 990 U/min und liefert weiterhin seine vollen 26,5 N·m; das Förderband wird also um rund ein Drittel langsamer, ohne an Zugkraft zu verlieren. Da 35 Hz über dem Bereich von 20–25 Hz liegen, sollte der eigene Lüfter des Motors ihn noch ausreichend kühlen.
Ein Motor mit 1450 U/min an 50 Hz hat 4 Pole. Die synchrone Drehzahl ist ns = 120 × f / p; das ergibt bei 50 Hz 3000, 1500, 1000 und 750 U/min für 2, 4, 6 und 8 Pole. Ein Asynchronmotor läuft wegen des Schlupfs immer etwas unter der synchronen Drehzahl, bei Volllast typisch 2–5 %; 1450 U/min liegen also knapp unter 1500 U/min. Bei 60 Hz gilt dieselbe Logik: Ein Motor mit 1750 U/min hat 4 Pole, weil seine synchrone Drehzahl 1800 U/min beträgt.
Bestimmen Sie zuerst die synchrone Drehzahl bei der neuen Frequenz: ns = 120 × f / p. Ziehen Sie dann den Schlupf ab. Eine gute Näherung ist, die Bemessungs-Schlupfdrehzahl in U/min (synchrone minus Typenschilddrehzahl) beizubehalten und mit dem Lastmoment zu skalieren: n ≈ 120 × f / p − Δn × (M_Last / M_Bemessung). Für einen 4-poligen Motor mit 1440 U/min (60 U/min Schlupf) bei Volllast und 30 Hz ergibt sich 900 − 60 = 840 U/min.
Verwenden Sie M = 9549 × P / n mit M in N·m, P in kW und n in U/min. Die Konstante 9549 ist 60000 / 2π. Ein 7,5-kW-Motor bei 1460 U/min ergibt 9549 × 7,5 / 1460 = 49,1 N·m. In US-Einheiten gilt M (lb·ft) = 5252 × hp / rpm; ein 5-hp-Motor bei 1750 U/min liefert also 15,0 lb·ft (20,3 N·m). Verwenden Sie immer die tatsächliche Wellendrehzahl, nicht die synchrone Drehzahl.
Ja, in Grenzen. Über der Eckfrequenz kann der Umrichter die Spannung nicht weiter erhöhen, sodass der magnetische Fluss sinkt (Feldschwächung). Der Motor arbeitet dann etwa mit konstanter Leistung: Das verfügbare Moment sinkt mit M_Bemessung × f_Eck / f. Bei 75 Hz liefert ein für 50 Hz bemessener Motor nur noch etwa zwei Drittel seines Bemessungsmoments. Über etwa dem 1,5-Fachen der Eckfrequenz die maximale mechanische Drehzahl laut Hersteller, die Lager und die Wuchtgüte des Läufers prüfen.
Eine einzelne Zahl gibt es nicht, aber ein eigenbelüfteter Motor (IC 411) mit vollem Moment beginnt meist unter etwa 20–25 Hz zu überhitzen, weil sein Lüfter auf der Welle mit dem Läufer langsamer wird. Lüfter und Kreiselpumpen können viel tiefer laufen, da ihr Moment mit dem Quadrat der Drehzahl sinkt. Für Lasten mit konstantem Moment wie Förderbänder oder Rührwerke bei niedriger Drehzahl einen Fremdlüfter vorsehen oder den Motor in der Leistung reduzieren.
Bei Radiallüftern und Kreiselpumpen ist der Volumenstrom proportional zur Drehzahl, der Druck zum Quadrat und die Leistung zur dritten Potenz der Drehzahl (Affinitätsgesetze). Bei 80 % Drehzahl braucht man etwa 0,8³ = 51 % der Leistung bei voller Drehzahl; eine kleine Drehzahlsenkung bringt also eine große Einsparung. Das gilt nur für Lasten mit quadratischem Moment ohne hohe statische Förderhöhe. Dasselbe Kubikgesetz wirkt über der Bemessungsdrehzahl gegen Sie: 110 % Drehzahl brauchen etwa 133 % Leistung.
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