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Drehstrommotor und Impedanz: Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 19:13 Fr 14.01.2022
Autor: Spica

Wird ein Drehstrommotor von Stern in Dreieck geschaltet, dann nimmt seine Leistung um Faktor 3 zu, aber es steigt doch auch die Impedanz.
1. Frage: Was ist die genaue Ursache? Erzeugt der angetriebene Rotor seinerseits wieder einen Gegenstrom in den 3 Strängen, ist der Motor also gleichsam auch ein Generator, der sich selber hemmt? Oder ist das eine Art induktiver Widerstand, der zunimmt, weil nun mehr Ampere von den 3 Strängen gezogen werden und bei größerer Stromänderung pro Zeit eben eine höhere gegengerichtete Spannung induziert wird (Stichwort Henry = 1 Ohm*sek)? Oder sind beide Effekte am Werk?
2. Frage: Wenn von Stern in Dreieck geschaltet wird, dreht der Motor auch schneller, obwohl sich die Frequenz nicht ändert. Wohl nur deshalb, weil die höhere Leistung in der Lage ist, die Reibung oder angehängte Last besser zu überwinden und sich die Drehzahl somit näher an die Wechselstromfrequenz annähern kann, oder?
3. Frage am Rande und ganz praktisch: Der Nullleiter einer 230V Steckdose führt zurück zur Stromverteilerstation (Trafohaus etc), während der gelb-grüne Schutzleiter zur Erdung am jeweiligen Haus oder Gebäude führt. Ist das so richtig oder ist das komplizierter?
Schon im Voraus vielen Dank für Antworten. VG Spica


        
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Drehstrommotor und Impedanz: Ein paar Kommentare
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 14:19 Sa 15.01.2022
Autor: Infinit

Hallo spica,
ein paar Kommentare zu Deinen Fragen gebe ich gerne ab. Ob Dir die Antworten langen, oder auch nicht, das muss sich dann noch rausstellen :-).
Zur ersten Frage: Da beim Umschalten zwischen Stern- und Dreieckschaltung der Strangstrom sich um den Faktor [mm] \wurzel{3} [/mm] erhöht, verdreifacht sich, dadurch dass mehr Strom fließt, die aufgenommene Leistung des Motors. Diese Berechnung, die Du sicher kennst, geht davon aus, dass sich bei beiden Schaltungstypen der gleich große Ohmsche Widerstand in jedem Strang befindet. Wenn Du nun eine Impedanz für jeden dieser Stränge betrachtest, so führt man im einfachsten Modell eine Spule in Reihe zum Ohmschen Widerstand ein. Damit ist der Absolutwert der Impedanz sicher größer als nur bei einem Ohmschen Widerstand. Die Impedanz als solche würde sich aber nicht ändern, egal, ob man von einer Stern- oder einer Dreiecksschaltung ausgeht. Wenn Du noch Schaltvorgänge betrachtest oder auch Kopplungen zwischen den Spulen, so wird das Modell immer komplizierter, aber bei den Modellen, die ich kenne, betrachtet man keine zeitabhängigen Impedanzen. Wenn Du noch etwas mehr zu Deinem Modell sagen kannst, so kommen wir hier bei diesem Punkt vielleicht auch noch etwas weiter.

Zum zweiten Punkt: Da gebe ich Deiner Interpretation recht. Der Motor ist leistungsstärker und kann Verluste besser ausgleichen bzw. mehr Leistung an den Verbraucher abgeben.

Zum dritten Punkt: Ja, der Nullleiter führt zum Trafohäuschen, der Schutzleiter, auch Erdleiter genannt, zur Erdung des Gebäudes. Seine Aufgabe ist es, Fehlströme abzuleiten und diese Ströme fließen durch einen FI-Schutzschalter, der durch den Stromfluss ausgelöst wird und die Stromzufuhr unterbricht.

Viele Grüße,
Infinit

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Drehstrommotor und Impedanz: Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 22:29 Sa 15.01.2022
Autor: Spica

Hallo Infinit,
vielen Dank für deine Erklärungen. Mit deinen Antworten 2 und 3 hast du meine Annahmen bestätigt. Leider kann ich noch wenig mit deiner Antwort auf Frage 1 anfangen. Vielleicht magst du dir in der Rubrik "Physik" kurz den Thread "Dreieck vs. Sternschaltung" anschauen. Dort hat jemand eine Antwort geschrieben, in der er die Impedanz ins Spiel brachte, die steigen würde, wenn auf Dreieck geschaltet wird. Wird der Motor belastet und sinkt die Drehzahl, dann würde die Impedanz wieder zurück gehen und der Motor könne wieder mehr Strom aufnehmen. Mir erschien das schon logisch, aber ich würde eben gerne als interessierte Laie den Grund für die Zunahme der Impedanz wissen. Meine beiden Vermutungen habe ich eingangs in diesem Thread formuliert, eben zum einen, dass der Rotor bei schnellerer Drehzahl seinerseits einen größeren Gegenstrom in den Strängen induziert, oder zum anderen, dass bei höherem Wechselstromfluss durch die Stränge eben deshalb auch ein höherer Gegenstrom durch Selbstinduktion erzeugt wird, der mit der Rotorroation nichts zu tun hat. Oder sind beide Effekte am Werk?
Wäre schön, wenn du darauf konkret mir noch eine Erklärung geben könntest.
Mir geht es nur um das theoretische Verständnis, nicht um ein konkretes Beispiel oder Problem mit einem Motor in der Praxis.
Viele Grüße, Spica

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Drehstrommotor und Impedanz: Motor und Generator
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 15:45 So 16.01.2022
Autor: Infinit

Hallo Spica,
di von HJKweseleit gegebene Erklärung über die Impedanz ist durchaus richtig. Ich würde es hier einfach mal über die Selbstinduktion beschreiben. Man kann das Ganze in drei Phasen beschreiben, ohne jetzt mal auf die Umschaltung zwischen den beiden Schaltungen einzugehen. Diese dient eingentlich nur dazu, einen höheren Strom durch den Motor fließen zu lassen, und damit erhöht sich auch das Drehmoment. In der ersten Phase, direkt mach dem Anlegen der Spannung, wird ein Strompeak auftreten, der mit dem Hochlaufen des Motors jedoch sich verringert. Grund dafür ist, dass mit dem Anlaufen des Motors dieser auch als Generator wirkt, es wird eine Spannung induziert, die der angelegten Spannung (Lenzsche Regel) entgegenwirkt. Dreht der Motor dann gleichmäßig (2. Phase) , wird eine konstante Spannung induziert, die treibende Spannung ist jedoch kleiner als die von außen angelegte Spannung. Der Stromfluss ist demzufolge kleiner als direkt nach dem Einschalten. Belastet man nun den Motor (3. Phase), ohne die an ihm anliegende Spannung zu ändern, steigt die Stromstärke wieder an.  
Viele Grüße,
Infinit

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Drehstrommotor und Impedanz: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 15:54 So 16.01.2022
Autor: Spica

Danke Infinit, damit ist es klar geworden. Viele Grüße, Spica

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Drehstrommotor und Impedanz: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 16:32 So 16.01.2022
Autor: HJKweseleit

Die Impedanz nimmt nur dadurch zu, dass und wenn die Motorfrequenz wegen der höheren Spannungs- und Stromstärke ansteigen kann [mm] (X_L=\omega*L). [/mm]

[Dateianhang nicht öffentlich]

Wenn du ein Leiterstück auf zwei Schienen legst und -  wie hier gezeigt - den Stom von hinten nach vorn fließen lässt, die Elektronen also von vorn nach hinten, so will dieses nach der Rechten-Hand-Regel nach rechts wegsausen. Die dabei entstehende Kraft berechnet sich zu F=I*d*B.

I=U/R hängt dabei von der angelegten Spannung und vom Drahtwiderstand R ab.

Das ist so, wenn du den Draht festhältst.

Lässt du ihn aber nach rechts wegsausen (was der Bewegung des Rotors im E-Motor entspricht), so bewegen sich die in ihm befindlichen Elektronen und Protonen im B-Feld nach rechts. Wieder nach der R-H-Regel wollen die Protonen dann nach hinten und die Elektronen nach vorne aus der Stange. Da die Protonen fest an ihren Plätzen sind und man verhindert, dass die Stange nach hinten weg kann, bleibt aber in der Stange die Kraft auf die Elektronen nach vorn. Es entsteht somit kein Gegenstrom, sondern ein Gegendruck (sprich: eine Gegenspannung) auf die Elektronen, so dass nur noch die Differenz zwischen der angelegten und der Gegenspannung die Elektronen durch den Ohmschen Wiederstand treibt.

Dabei ist die Gegenspannung [mm] U_{gegen} [/mm] = Bvd.

Beispiel: B = 0,3 T und d = 0,1 m.

Du legst U=9,99 V an die Schienen, die Stange kann reibungslos (!) flitzen. Die o.a. Kraft treibt die Stange an, wegen der fehlenden Reibung wird sie immer schneller. Aber: Bei v=333 m/s   wird - unabhängig von I und R -  

[mm] U_{gegen} [/mm] = 0,3 T * 333 m/s * 0,1 m = 9,99 V, d.h.: Die angelegte Spannung wird von der Gegenspannung kompensiert, es fließt kein Strom mehr, der Antrieb fehlt, aber wegen der fehlenden Reibung würde nun die Stange mit konstanter Geschwindigkeit weiterfliegen.

Nun klemmt man die Spannungsquelle ab, dadurch ändert sich nichts: U fehlt,  [mm] U_{gegen} [/mm] = 9,99 V bleibt, erzeugt aber keinen Strom wegen der unterbrochenen Leitung.

Schließt man nun die beiden Schienen kurz, kann der durch  [mm] U_{gegen} [/mm] induzierte Strom fließen. Er richtet sich nach dem Ohmschen Widerstand der Stange + Schienen + Kurzschlussanschluss. Wenn dann in der Stange die Elektronen nach vorne, der Strom also nach hinten fließt, entsteht nach der R-H-Regel eine Kraft nach links, die die Stange abbremst und ihr die kin. Energie entzieht, die nun elektrisch geliefert wird.                        

Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: JPG) [nicht öffentlich]
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