Läuferstrom

Als Läuferstrom bezeichnet man in der Elektrotechnik den Strom, der im Läuferkreis eines Elektromotors fließt.^[1] Der Läuferstrom kann entweder durch eine im Motor durch Induktion erzeugte Spannung^[2] oder eine von außen zugeführte Spannung erzeugt werden.^[3]

Entstehung und Verhalten

Durch das Speisen der Statorspulen eines Asynchronmotors mit einem symmetrischen Drehstrom wird im Läufer desselben Motors die Läuferspannung erzeugt.^[4] Bedingt durch die Läuferspannung fließt im Läuferkreis ein Strom, der als Läuferstrom bezeichnet wird.^[5] Die Amplitude dieses Stromes ist genauso gerichtet wie die Amplitude der Läuferspannung, jedoch ist der Läuferstrom ihr gegenüber um 120 Grad phasenverschoben.^[6] Die Höhe des Läuferstromes ist von der Impedanz des Läufers^[7] und der mechanischen Belastung des Motors abhängig.^[6] Die Höhe des Läuferstromes lässt sich bei bestimmten Motoren, z. B. Schleifringläufermotoren, mittels Strommessgerät messen.^[8] Allerdings ist diese Messung sehr ungenau, weshalb man in der Praxis den Läuferstrom aus der abgegebenen Leistung des Motors und der Läuferspannung berechnet.^[9] Der Läuferstrom erzeugt im Motor ein zweites Magnetfeld.^[10] Dieses Magnetfeld bewirkt im Statormagnetfeld ein Kraft.^[4] Zusammen mit dem resultierenden Drehfeld wird ein Drehmoment hervorgerufen, was auf den Läufer einwirkt und den Läufer in Richtung des Drehfeldes beschleunigt.^[6] Mit steigender Drehzahl verringert sich die Läuferspannung und somit auch der Läuferstrom.^[4] Außerdem nimmt die Läuferfrequenz mit steigender Drehzahl des Läufers ab.^[11] Dies wiederum hat zur Folge, dass auch der Blindwiderstand des Läufers abnimmt.^[3] Mit abnehmendem Blindwiderstand verringert sich zudem auch die Phasenverschiebung zwischen der Läuferspannung und dem Läuferstrom.^[4] Aufgrund des Läuferwiderstandes entstehen durch den Läuferstrom im Läufer Verluste,^[12] die als Läuferkupferverluste bezeichnet werden.^[13] Um diese Verluste für den Nennbetrieb des Motors zu minimieren, werden Stromverdrängungsläufer eingesetzt.^[4]

Anwendung

Die Erzeugung des Läuferstromes durch Induktion wird bei Kurzschlussläufermotoren und Schleifringläufermotoren angewendet.^[3] Bei Schleifringläufermaschinen lässt sich auch über die Schleifringe von extern eine Spannung aufschalten, die dann einen Läuferstrom erzeugt.^[2] Dies erfolgt unter Zuhilfenahme eines Frequenzumrichters bei als doppelt gespeiste Asynchronmaschinen bezeichneten Maschinen.^[14] Ebenso wird der Läuferstrom durch extern zugeführte Spannung bei Synchronmaschinen und bei klassischen Gleichstrommaschinen erzeugt.^[3] Das physikalische Prinzip der Läuferstromerzeugung durch Induktion wird bei der Gleichstrombremsung mittels Frequenzumrichter verwendet.^[15]

Einzelnachweise

1. Wilhelm Lehmann: Die Elektrotechnik und die elektromotorischen Antriebe. Lehrbuch für technische Lehranstalten und zum Selbststudium. Mit 828 Textabbildungen und 128 Beispielen, Vierte Auflage, Springer Verlag Berlin Heidelberg GmbH, Berlin 1948, S. 127, 128, 131, 136, 137.
2. Herbert Kyser: Die elektrische Kraftübertragung. I. Band: Die Motoren - Umformer und Transformatoren. Springer Verlag, Berlin Heidelberg 1912, S. 55, 57, 66.
3. Ekbert Hering, Alois Vogt, Klaus Bressler: Handbuch der Elektrischen Anlagen und Maschinen. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York 1999, ISBN 3-540-65184-5, S. 117.
4. Stefan Pendl: Optimierung einer Schneideinheit für einen Leisehäcksler. Diplomarbeit an der Hochschule Mittweida. Mittweida 2014, S. 13, 15–17, 47.
5. Reinhard Hagen: Die Berechnung der Drehstrom-Käfigläufer-Asynchronmaschine mit Berücksichtigung der Zusatzverluste bei Netz- und Umrichterbetrieb. Dissertation am Fachbereich 18 Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität Darmstadt. Darmstadt 2014, S. 42, 43, 70, 137, 171.
6. Klaus Fuest, Peter Döring: Elektrische Maschinen und Antriebe. Lehr- und Arbeitsbuch. 6. verbesserte und ergänzte Auflage, mit 265 Abbildungen, zahlreichen durchgerechneten Beispielen und Übungen sowie Fragen und Aufgaben zur Vertiefung des Lehrstoffs, Vieweg Verlag, Wiesbaden 2004, ISBN 3-528-54076-1, S. 81, 82, 191.
7. Fritz Kümmel: Elektrische Antriebstechnik. Theoretische Grundlagen, Bemessung und regeltechnische Gestaltung. Mit 445 Abbildungen, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York 1971, ISBN 3-540-65184-5, S. 14, 33.
8. Hans-Günter Boy, Horst Flachmann: Die Meisterprüfung - Elektrische Maschinen und Steuerungstechnik. 4. völlig neu bearbeitete Auflage. Vogel Buchverlag, Würzburg 1983, ISBN 3-8023-0725-9, S. 118.
9. W. Schuisky: Elektromotoren. Ihre Eigenschaften und ihre Verwendung für Antriebe. Mit 384 Textabbildungen, Springer Verlag Wien, Wien 1951, S. 49.
10. Deutsches Kupferinstitut (Hrsg.): Sparen mit dem Sparmotor. Energieeffiziente Antriebsstränge mit Motoren nach IEC 60034-30. 1. Auflage. Düsseldorf 2011, S. 16, 22.
11. S. Faßbinder: Eine runde Sache Kupferrotoren. Selbst verursachte zusätzliche Spannungs - Oberschwingungen im Messkreis. In: de 20 / 2004, S. 68, 69.
12. Norbert Werner Neidig: Dehlereinflüsse und Winkelfehlerreduktion von variablen Reluktanzresolvern. Dissertation an der KIT-Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie KIT. Karlsruhe 2021, S. 25, 26.
13. Hans-Jürgen Bederke, Robert Ptassek, Georg Rothenbach, Paul Vaske, Heinrich Frohne (Hrsg.): Moeller Leitfaden der Elektrotechnik. Band VIII, Elektrische Antriebe und Steuerungen, 2. neubearbeitete Auflage, mit 210 Bildern und 78 Beispielen, B.G. Teubner Verlag, Stuttgart 1975, S. 18, 76.
14. Johannes Weidner: Beitrag zur statischen und transienten Stabilitätsanalyse in Verteilungsnetzen. Genehmigte Dissertation an der Fakultät für Elektrotechnik und Informatik der Gottfried Leibnitz Universität. Hannover 2021, S. 21, 22.
15. Jörg Randermann: Handbuch Frequenzumrichter. 1. Auflage. Eaton Industries, Bonn 2009, S. 164.