Kürzlich gesucht
      • Veröffentlicht am 10. März 2023
      • Zuletzt bearbeitet am 29. Aug. 2023
    • 7 min

    Leitfaden zu Wechselstrommotoren

    Wechselstrommotoren, auch AC-Motoren genannt, treiben eine Vielzahl von Geräten an, von der Waschmaschine bis hin zum Haartrockner. Wir erläutern Ihnen die Funktionsweise und geben Tipps zum Kauf des passenden Motors.

    Wechselstrommotoren

    Was sind Wechselstrommotoren?

    Ein Wechselstrommotor, mitunter auch als „AC-Motor“ abgekürzt, ist ein gängiger Typ von Elektromotor, der mit Wechselstrom betrieben wird. Wie bei einem Großteil der Motoren, die in alltäglichen Industrieanwendungen (sowie in Eigenbauprojekten, Haushaltsgeräten, verschiedenen professionellen Gerätschaften und Verbrauchsgütern) vorkommen, lässt sich mit Wechselstrommotoren relativ effizient aus einem einfachen elektrischen Eingangssignal mechanische Energie erzeugen.

    Wechselstrommotoren unterscheiden sich in mehreren zentralen Aspekten von vielen anderen Typen von Elektromotoren, einschließlich des etwas bekannteren Gleichstrommotors. Der wichtigste Aspekt ist, dass die effiziente Erzeugung mechanischer Energie in Wechselstrommotoren auf der Änderung der Stromrichtung innerhalb des Stromkreislaufs beruht. Dieser spezielle Vorgang wird in den folgenden Abschnitten dieses Leitfadens eingehender betrachtet.

    Für Informationen zu Gleichstrommotoren empfehlen wir Ihnen unseren Ratgeber zu diesem Thema.

    Vorteile von AC-Motoren

    Im Gegensatz zu Gleichstrommotoren sind die meisten Wechselstrommotoren bürstenlos. Dies verringert den Wartungsaufwand und den Ersatzteilebedarf erheblich; es gibt sich in der Regel eine längere Nutzungsdauer und geringere Instandhaltungskosten. Der wichtigste Unterschied zu DC-Motoren ist die Regulierung der Abtriebszahl, die durch eine Frequenzumrichtersteuerung bestimmt wird. Dieses Grundmodell erlaubt zahlreiche Varianten.

    Wechselstrommotoren

    Typische Verwendungen

    Aufgrund ihrer Langlebigkeit, niedrigen Herstellungskosten und unkomplizierten Anwendung kommen AC-Motoren in einer Vielzahl gängiger Verbrauchsgüter und Industriegeräte zum Einsatz. Zu den verbreiteten Anwendungsbereichen von Wechselstrommotoren im häuslichen sowie im Arbeitsumfeld gehören:

    • Uhren
    • Elektrowerkzeuge
    • Laufwerke
    • Waschmaschinen und andere Haushaltsgeräte
    • Plattenspieler
    • Ventilatoren/Lüfter

    Wie funktionieren Wechselstrommotoren?

    Wechselstrom (englisch „alternating current“, daher die Abkürzung „AC“) zeichnet sich dadurch aus, dass er seine Polung oder Flussrichtung im Stromkreis in regelmäßigen Intervallen wechselt. Die Änderung der Stromrichtung führt auch zu einer regelmäßigen Spannungsänderung im Wechselstromkreis. Im Unterschied dazu fließt der Strom in einem Gleichstromkreis nur in eine Richtung, weshalb die Spannung dort relativ konstant bleibt.

    Wechselstromkreise benötigen für diese Änderung der Stromrichtung einen Wechselstromgenerator. Ein Wechselstromgenerator ist ein spezieller elektrischer Generator, bei dem ein elektromagnetisches Feld üblicherweise dadurch erzeugt wird, dass Strom durch einen beweglichen Schaft (Rotor) fließt, welcher sich um eine Reihe oder innerhalb einer Reihe feststehender Drahtspulen (Stator) dreht. Die Richtung oder Polung des entstehenden elektromagnetischen Feldes ändert sich durch die Drehbewegung des Rotors relativ zum Stator.

    Da sich die Polung eines elektromagnetischen Felds, das durch die Drehung eines geladenen Rotors um eine feste Achse erzeugt wird, an bestimmten Punkten des Stators ändert, erfolgt der Wechsel der Stromrichtung in Wechselstrommotoren in regelmäßigen und vorhersagbaren Abständen. Man kann sich das Zusammenspiel von Wechselstromgenerator und Stromfluss in etwa wie bei einem Kolben vorstellen, der den Wasserfluss in einem Leitungssystem steuert. Dadurch, dass sich der Kolben regelmäßig vor und zurück bewegt, strömt auch das Wasser im Leitungssystem vor und zurück.

    In einem typischen Gleichstrommotor leiten die Bürsten den Strom direkt von der Stromquelle zum Anker (dem stromerzeugenden Teil), weshalb diese Motoren im Englischen manchmal auch „conduction motor“ (Konduktions- oder Leitungsmotor) genannt werden.

    Umgekehrt werden bestimmte bürstenlose Wechselstrommotoren als Induktionsmotoren bezeichnet, da die Wechselstromerzeugung aus einem elektromagnetischen Feld mittels Rotor und Stator auch als „(elektro)magnetische Induktion“ bekannt ist.

    Spezifikationen, auf die Sie beim Kauf achten sollten

    Auf dem heutigen Markt gibt es zahlreiche verschiedene Typen von Wechselstrommotoren, die alle leicht unterschiedliche Betriebseigenschaften und Leistungsmerkmale aufweisen. Zu den wichtigsten Spezifikationen, mit denen man sich vor dem Kauf vertraut machen sollte, gehören:

    • die Art des Motors (z.B. bürstenlos oder Synchronstrom),
    • Nennfrequenz,
    • Max. Abtriebsdrehzahl und max. Abtriebsdrehmoment,
    • Phasenzahl und -folge
      • Beschreibt die Methode der Wechselstromverteilung im Stromkreis und wirkt sich auf die Effizienz des Wechselstrommotors und die Gleichmäßigkeit der Leistungsabgabe bei einem bestimmten Stromverbrauch aus.
    • Versorgungsspannung,
    • Effizienzklasse,
    • Umdrehung (rechtsdrehend, linksdrehend oder umschaltbar),
    • Schaftlänge und -durchmesser,
    • Anzahl der Pole.

    Arten von Wechselstrommotoren

    Unabhängig von den vielen sonstigen Angaben, die sich in den Produktblättern mancher Hersteller finden, ist das wichtigste Unterscheidungsmerkmal der meisten Wechselstrommotorentypen die Bauweise des Rotors. Diese wirkt sich nämlich oft auf die praktischen Einsatzmöglichkeiten aus.

    Wie bei allen Elektrobauteilen hängt die richtige Wahl auch beim Wechselstrommotor vom konkreten Anwendungsfall ab. Die unten stehenden Abschnitte enthalten einen Überblick über die gängigen Kategorien und Unterarten, die Ihnen beim Online-Kauf von Wechselstrommotoren begegnen können.

    Induktionsmotoren

    Induktionsmotor

    Beim Induktionsmotor (oder rotierenden Transformator) erzeugt ein sich drehender, elektrisch geladener Rotor ein elektromagnetisches Feld um einen Stator. Dadurch entsteht der benötigte Wechselstrom, den der Wechselstrommotor in mechanische Energie umwandelt.

    Solche Wechselstrominduktionsmotoren werden auch Asynchronmotoren genannt, weil die Drehzahl des Abtriebsrotors durchweg kleiner ist als die Frequenz des Drehfelds, d.h. der Motor läuft asynchron zum zugeführten Strom.

    Dies ist eine notwendige Voraussetzung für ein weiteres zentrales Merkmal des Induktionsmotors: Die durch elektromagnetische Induktion erzeugte Ladung ist bei diesem nämlich die einzige Quelle elektrischer „Erregung“, die auf den Anker einwirkt. Wenn sich der Rotor mit der gleichen Geschwindigkeit wie das rotierende Magnetfeld des Stators drehen würde, würde nämlich keine Spannung induziert, sodass der Anker zur Energieerzeugung auf eine andere Erregungsquelle angewiesen wäre. Das ist beim Gleichstrommotor der Fall, wo der Strom direkt zum Anker geleitet wird, oder auch beim Wechselstrom-Synchronmotor (siehe unten).

    Induktinsmotoren kaufen

    Synchronmotoren

    Panzerkabelverschraubung

    Beim Wechselstrom-Synchronmotor ist die Geschwindigkeit des Abtriebsrotors direkt auf die Frequenz des zugeführten Wechselstroms abgestimmt; beide laufen gewissermaßen synchron. Bei einem gewöhnlichen Wechselstrom-Induktionsmotor oder -Asynchronmotor würde dabei keine Spannung induziert. Der Synchronmotor verfügt jedoch über zusätzliche Komponenten, sogenannte Schleifringe, die für die Stromübertragung zwischen den rotierenden und feststehenden Teilen des Motors sorgen.

    Schleifringe sind elektromechanische Bauelemente, die eine elektrische Signalübertragung zwischen rotierenden Komponenten in elektromechanischen Systemen ermöglichen. Bei einem Wechselstrom-Synchronmotor erzeugen die Schleifringe das benötigte Magnetfeld um den Rotor, sodass er seine Geschwindigkeit auf die Frequenz des zugeführten Wechselstroms abstimmen kann, ohne dass der Stromfluss unterbrochen wird.

    Es lässt sich also festhalten, dass bei einem Wechselstrom-Synchronmotor die Rotorgeschwindigkeit direkt proportional – „synchron“ – zum rotierenden Magnetfeld des Stators ist. Dieser Motortyp wird bevorzugt dort eingesetzt, wo Genauigkeit ein wichtiger Faktor ist, z. B. bei Uhren und Zeitgebern.

    Synchronmotoren kaufen

    Käfigläufermotoren

    Käfigläufermotoren bilden eine Untergruppe der asynchronen Wechselstrom-Induktionsmotoren. Anstelle eines gewickelten Rotors verwenden sie einen sogenannten Käfigläufer, bei dem der Strom über zylinderförmig angeordnete, solide Metallstäbe durch den Rotor geleitet wird.

    Käfigläufermotor

    Die Rotorstäbe sind an beiden Enden mit Kurzschlussringen versehen und dadurch permanent kurzgeschlossen. Sie verfügen daher über keine beweglichen Kontakte innerhalb des Rotormechanismus. Dies macht Käfigläufermotoren besonders wartungsarm. Die Herstellungskosten sind darüber hinaus erheblich günstiger als gewickelte oder Schleifringrotoren.

    Der Nachteil dieser Konstruktion ist, dass in den Stromkreis keine externen Widerstände eingeschaltet werden können und die in der Läuferwicklung erzeugte Spannung folglich nicht von außen verändert werden kann. Praktisch bedeutet dies, dass Käfigläufermotoren meist einen hohen Anlaufstrom benötigen und bis zum Erreichen der vollen Geschwindigkeit nur ein recht niedriges Drehmoment erzeugen. Käfigläufer-Induktionsmotoren werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen ein niedriges Anlaufmoment und das Fehlen einer Drehzahlregelung nicht weiter problematisch sind, z B. bei Pumpen und Druckluft-Kompressoren.

    Käfigläufermotoren kaufen

    Spaltpolmotoren

    Spaltpolmotoren

    Wechselstrom-Spaltpolmotoren sind eine Unterform des Einphasen-Käfigläufermotors, die über eine als Kurzschlusswicklung bezeichnete Hilfswicklung verfügen, die aus einem Kupferring oder einer Kupferstange besteht.

    Im Gegensatz zu herkömmlichen Käfigläufermotoren sind sie für mehrere Drehzahlen geeignet, auch wenn ihr Anlaufmoment verglichen mit dem Drehmoment bei voller Geschwindigkeit relativ niedrig ist. Spaltpolmotoren sind in der Regel günstig herzustellen und zu erwerben und dabei aufgrund ihrer einfachen und robusten Bauweise beeindruckend zuverlässig.

    Aus diesen Gründen sind Spaltpolmotoren meist der Wechselstrommotor der Wahl für Lüfter sowie verschiedene weitere kleinmotorige Geräte mit einfach zu startenden Lasten, darunter:

    • Plattenspieler
    • Spielzeug
    • Elektrische Uhren
    • Haartrockner

    Spaltpolmotoren kaufen