Ein Wechselstrommotor ist ein Gerät, das Wechselstrom (AC) in mechanische Energie umwandelt. Seine Funktionsweise basiert auf grundlegenden elektromagnetischen Prinzipien. Um die Funktionsweise zu verstehen, analysieren wir seine Hauptkomponenten und die Abfolge der Ereignisse, die die Bewegung ermöglichen.

 

Lassen Sie uns zunächst die Hauptteile identifizieren. Die meisten Wechselstrommotoren, insbesondere der übliche Induktionsmotor, bestehen aus zwei Hauptkomponenten: dem Stator und die RotorDer Stator ist der stationäre Außenteil des Motors. Er enthält eine Reihe von Elektromagneten (Statorwicklungen), die kreisförmig um die Mittelachse angeordnet sind. Diese Wicklungen sind an eine Wechselstromquelle angeschlossen. Der Rotor hingegen ist der rotierende Innenteil, typischerweise ein zylindrischer Kern aus laminierten Metallblechen mit in seine Oberfläche eingebetteten leitfähigen Stäben (oft Kupfer oder Aluminium), die bei vielen Induktionsmotoren eine Art Käfigläufer bilden. Diese Stäbe sind an beiden Enden durch Ringe kurzgeschlossen, sodass elektrischer Strom durch sie fließen kann.

 

Die Magie eines Wechselstrommotors beginnt mit der rotierendes Magnetfeld vom Stator erzeugt. Fließt Wechselstrom durch die Statorwicklungen, wird jede Wicklung zu einem Elektromagneten, dessen Polarität sich mit dem Stromwechsel umkehrt (da Wechselstrom periodisch seine Richtung ändert). Entscheidend ist, dass die Statorwicklungen in einem bestimmten Winkel (bei Drehstrommotoren meist 120 Grad) angeordnet und an Phasen der Wechselstromversorgung angeschlossen sind, die nicht synchron zueinander sind. Diese Phasendifferenz bewirkt, dass sich das vom Stator erzeugte Magnetfeld gleichmäßig um die Achse dreht, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die als Synchrondrehzahl, die von der Frequenz des Wechselstroms und der Anzahl der Pole in den Statorwicklungen abhängt. Beispielsweise erzeugt eine 60-Hz-Stromversorgung mit einem 4-poligen Stator eine Synchrondrehzahl von 1800 Umdrehungen pro Minute (U/min).

 

Nächste, elektromagnetische Induktion kommt ins Spiel und treibt den Rotor an. Wenn das rotierende Magnetfeld des Stators die leitfähigen Stäbe des Rotors durchschneidet, induziert es in den Stäben des Rotors einen elektrischen Strom (dank Faradays Induktionsgesetz). Dieser induzierte Strom erzeugt wiederum ein eigenes Magnetfeld um den Rotor (Amperesches Gesetz). Die Wechselwirkung zwischen dem rotierenden Magnetfeld des Stators und dem Magnetfeld des Rotors erzeugt ein Drehmoment – ​​eine Drehkraft –, die den Rotor dazu bringt, dem rotierenden Feld zu folgen.

 

Bei Induktionsmotoren erreicht der Rotor nie ganz die Synchrondrehzahl des Statormagnetfeldes. Dieser Unterschied, bekannt als Beleg, ist notwendig, um die Strominduktion im Rotor aufrechtzuerhalten. Würde der Rotor die Synchrondrehzahl erreichen, gäbe es keine Relativbewegung zwischen Rotor und Magnetfeld, sodass kein Strom induziert und kein Drehmoment erzeugt würde. Stattdessen dreht sich der Rotor mit einer etwas geringeren Drehzahl (typischerweise 2–5 % weniger als die Synchrondrehzahl bei Standardmotoren), wodurch eine kontinuierliche Induktion von Strom und Drehmoment gewährleistet wird.

 

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein Wechselstrommotor durch das Zusammenspiel eines rotierenden Magnetfelds (erzeugt durch die wechselstromgespeisten Wicklungen des Stators) und elektromagnetischer Induktion (die Strom im Rotor induziert und ein Magnetfeld erzeugt, das mit dem Feld des Stators interagiert und so ein Drehmoment erzeugt) funktioniert. Dieser elegante Prozess wandelt elektrische Energie effizient in mechanische Bewegung um und macht Wechselstrommotoren in unzähligen Anwendungen unverzichtbar, von Haushaltsgeräten bis hin zu Industriemaschinen.