Der Aufbau Läufer oder Rotor In den Nuten des Rotorblechpakets befindet sich eine eingespritzte oder eingelegte Wicklung (üblicherweise aus Aluminium und/oder Kupfer), klassisch entspricht eine Windung = einem Stab. Diese Stäbe sind an beiden Enden durch Ringe aus gleichem Material kurzgeschlossen. Entfernt man gedanklich das Blechpaket, erinnern die Stäbe mit den Kurzschlussringen an einen Käfig. Daher rührt auch der zweite gebräuchliche Name für Drehstrommotoren: „Käfigläufermotor“. Ständer oder Stator Die mit Kunstharz vergossene Wicklung ist in die halb geschlossenen Nuten des Ständerblechpakets eingelegt. Spulenanzahl und Spulenweite werden variiert, um unterschiedliche Polzahlen (= Drehzahlen) zu erzielen. Zusammen mit dem Motorgehäuse bildet das Blechpaket den sogenannten Stator. Lagerschilde Lagerschilde aus Stahl, Grauguss oder Aluminiumdruckguss schließen den Motorinnenraum A- und B-seitig ab. Die konstruktive Ausführung im Übergang zum Stator bestimmt unter anderem die Schutzart des Motors. Läuferwelle Das rotorseitige Blechpaket wird auf eine Stahlwelle aufgebracht. Die beiden Wellenenden reichen jeweils A- und B-seitig durch die Lagerschilde hindurch. A-seitig ist das Ende der Abtriebswelle ausgeführt (beim Getriebemotor ausgebildet als Ritzelzapfen); B-seitig sind der Lüfter mit seinen Flügeln zur Eigenbelüftung und/oder ergänzende Systeme wie mechanische Bremsen und Geber angebaut. Motorgehäuse Motorgehäuse können bei kleiner bis mittlerer Leistung aus Aluminiumdruckguss gefertigt werden. Gehäuse aller Leistungsklassen werden darüber hinaus aber auch aus Grauguss und geschweißtem Stahl gefertigt. An das Gehäuse ist ein Klemmkasten angebaut, in dem die Wicklungsenden des Stators auf einen Klemmenstein für den kundenseitigen elektrischen Anschluss angeschlossen sind. Kühlrippen vergrößern die Oberfläche des Gehäuses und erhöhen zudem die Abgabe der Wärme an die Umgebung. Lüfter, Lüfterhaube Ein Lüfter auf dem B-seitigen Wellenende wird von einer Haube abgedeckt. Diese Haube lenkt den Luftstrom, der bei der Drehbewegung des Lüfters entsteht, über die Rippen des Gehäuses. In der Regel sind die Lüfter nicht abhängig von der Drehrichtung des Rotors. Ein optionales Schutzdach verhindert, dass (Klein-)Teile bei senkrechten Bauformen durch das Lüfterhaubengitter fallen. Lager Die Lager in den A- und B-seitigen Lagerschilden verbinden die drehenden Teile mechanisch mit den stehenden. Meist werden Rillenkugellager eingesetzt, seltener Zylinderrollenlager. Die Lagergröße hängt von den Kräften und Drehzahlen ab, die das jeweilige Lager aufnehmen muss. Verschiedenartige Dichtsysteme sorgen dafür, dass die benötigten Schmiereigenschaften im Lager bleiben, und dass Öle und/oder Fette nicht austreten. Die Funktionsweise am Netz Das symmetrische, dreisträngige Wicklungssystem des Ständers ist an ein Dreiphasen-Drehstromnetz entsprechender Spannung und Frequenz angeschlossen. In jedem der drei Wicklungsstränge fließen sinusförmige Ströme gleicher Amplitude, die jeweils um 120° zeitlich gegeneinander versetzt sind. Durch die ebenfalls räumlich um 120° versetzten Wicklungsstränge baut der Ständer ein Magnetfeld auf, das mit der Frequenz der angelegten Spannung umläuft. Dieses umlaufende Magnetfeld – kurz Drehfeld genannt – induziert in der Läuferwicklung bzw. in den Läuferstäben eine elektrische Spannung. Da die Wicklung über den Ring kurzgeschlossen ist, fließen Kurzschlussströme. Gemeinsam mit dem Drehfeld bauen sich Kräfte auf und bilden über den Radius des Läufers ein Drehmoment, das den Läufer in Richtung des Drehfeldes auf Drehzahl beschleunigt. Mit zunehmender Läuferdrehzahl sinkt die Frequenz der erzeugten Spannung im Läufer, da der Unterschied zwischen der Drehfelddrehzahl und der Läuferdrehzahl kleiner wird. Die dadurch nun niedrigeren induzierten Spannungen bewirken niedrigere Ströme im Läuferkäfig und damit geringere Kräfte und kleinere Drehmomente. Würde der Läufer die gleiche Drehzahl wie das Drehfeld erreichen, würde er synchron umlaufen und es würde keine Spannung induziert – der Motor könnte folglich kein Drehmoment entwickeln. Das Lastmoment und die Reibungsmomente in den Lagern bewirken jedoch einen Unterschied zwischen Läufer- und Drehfelddrehzahl und dadurch ein resultierendes Gleichgewicht zwischen Beschleunigungs- und Lastmoment. Der Motor läuft asynchron. Je nach Belastung des Motors ist dieser Unterschied größer oder kleiner, aber nie null, da auch im Leerlauf immer Reibung in den Lagern vorhanden ist. Überschreitet das Lastmoment das maximal vom Motor produzierbare Beschleunigungsmoment, „kippt“ der Motor in einen unzulässigen Betriebszustand, der sich ggf. thermisch zerstörerisch auswirkt. Diese für die Funktion notwendige Relativbewegung zwischen Drehfelddrehzahl und mechanischer Drehzahl ist definiert als Schlupf s und wird als Prozentwert der Drehfelddrehzahl angegeben. Bei Motoren kleiner Leistung kann der Schlupf 10 bis 15 Prozent betragen, Drehstrommotoren größerer Leistung haben ca. 2 bis 5 Prozent Schlupf. Das Betriebsverhalten Der Drehstrom-Kurzschlussläufermotor nimmt elektrische Leistung aus dem Spannungsnetz auf und wandelt diese in mechanische Leistung um – das heißt in Drehzahl und Drehmoment. Würde der Motor verlustfrei arbeiten, entspräche die abgegebene mechanische Leistung Pab der aufgenommenen elektrischen Leistung Pauf. Wie bei jeder Energiewandlung unvermeidlich, treten aber auch im Drehstrom-Kurzschlussläufermotor Verluste auf: Kupferverluste PCu und Stabverluste PZ entstehen, wenn ein Strom durch einen Leiter fließt, Eisenverluste PFe entstehen durch das Ummagnetisieren des Blechpakets mit Netzfrequenz. Reibungsverluste PRb entstehen durch die Reibung in Lagern; und Lüftungsverluste durch Verwendung der Luft zum Kühlen. Diese Kupfer-, Stab-, Eisen- und Reibungsverluste verursachen die Erwärmung des Motors. Das Verhältnis von abgegebener zu aufgenommener Leistung ist definiert als der Wirkungsgrad der Maschine.