Stern-Dreieck -Anlauf : cos φ

Stern- Dreieck - Anlauf : cos 
Bh/08
Der Leistungsfaktor cos  erscheint im Betriebsbereich zwischen Leerlauf und
Nennstrom im Stern günstiger (d.h. größer) als im Dreieck.
Um diese Tatsache zu erläutern, ist es zweckmäßig, die Theorie des AsynchronMotors so weit zu vereinfachen, dass das Wesentliche herausgehoben werden
kann.
Heyland- Ossanna- Kreis :
Die analytische Betrachtung zu einem Kreis als Ortskurve d.h. die Zeiger der
Ströme enden (vom Ursprung betrachtet) alle auf der Kreislinie, je nach
Betriebszustand der Maschine unterschiedlich groß und mit unterschiedlichem
Phasenwinkel gegenüber der Spannung.
Der Durchmesser dieses Kreises ist der Spannung proportional.
Da im Diagramm jeweils der Leiterstrom erscheinen soll, (und bei einer
Sternschaltung der Leiterstrom gleich dem Strangstrom ist), wird eine DreieckSchaltung stets in eine gleichwertige Sternschaltung umgerechnet.
Zur weiteren Vereinfachung des Problems soll gelten: die UmmagnetisierungsVerluste im Eisen seien vernachlässigbar klein, ebenso die Kupferverluste in den
Ständerwicklungen.
Ohne Anlassmaßnahme: Die AsyM verhält sich im Leerlauf wie ein Trafo im
Leerlauf, d.h. der fließende Strom Io ist als Magnetisierungsstrom zu
betrachten mit der Phase ( - 90o ). Bei mechanischer Belastung fällt die Drehzahl
ab und der Strom wächst entsprechend an, der Phasenwinkel verkleinert sich.
Das Diagramm zeigt qualitativ auch den großen Kurzschluss- Strom Ik an,
welcher fließt beim Einschalten aus dem Stillstand. Man erkennt auch sofort,
warum trotz des hohen Einschaltstromes das Anfahrmoment relativ klein ist.
(Phasenwinkel !). Siehe auch die Verläufe I = f (n) und M = f (n) aus
vorangegangenen Beiträgen !
Mit Anlassmaßnahme: Der Durchmesser des Kreises schrumpft auf ein Drittel,
und somit reduzieren sich die Ströme Io (Leerlauf) und IK (Kurzschluss) auf
ein Drittel des ursprünglichen Wertes.
Die Reduzierung des Magnetisierungs- Stromes Io bedeutet gleichzeitig eine
Reduzierung der Amplitude des magnetischen (Dreh-) Feldes.
Bei mechanischer Belastung des Rotors muss wiederum ein entsprechend großer
Strom in den Läuferstäben induziert werden bei geschwächtem Magnetfeld.
Bei gleichem Moment muss also der Strom größer werden als bei voller
Strangspannung. Der Motor reagiert zum Ausgleich mit stärkerem Abfall der
Drehzahl.
Bei reduzierter Strangspannung wird also die Drehzahl stärker lastabhängig, was
aber nicht bedeutet, dass durch Variation der Spannung gezielt die Drehzahl
verändern kann.
cos  : Bei Betrachtung der beiden Ortskurven fällt auf, dass bei gleicher
Stromaufnahme aus dem Netz die Phasenwinkel unterschiedlich sind, d.h. der
cos  ist günstiger bei Stern.
Die Begründung für das Verhalten lässt sich aus dem Diagramm ablesen:
Die Reduzierung von Io verkleinert die induktive Komponente bei
gleichzeitiger Verstärkung des Wirkanteils des Stromes.
Bei Teillasten (z.B. längerem Leerlauf ) fährt man aus Gründen der
Energieersparnis die Maschine im Stern.