Zur Erzeugung von Druckluft muss der Elektromotor des Kompressors Energie in mechanische Kraft umwandeln. Der häufigste Elektromotortyp ist der Dreiphasen-Käfigläuferinduktionsmotor. Dieser Motortyp wird in allen Industriezweigen eingesetzt. Er ist leise und zuverlässig und daher ein Bestandteil der meisten Systeme, einschließlich Kompressoren.
Der Elektromotor eines Kompressors besteht aus zwei Hauptkomponenten: der stillstehende Stator und der sich drehende Rotor. Der Stator, der mit einem dreiphasigen Netzstromanschluss verbunden ist, erzeugt ein rotierendes Magnetfeld. Diese Energie wird in Bewegung, also mechanische Kraft, umgewandelt.
Der Strom in den Wicklungen des Stators erzeugt ein rotierendes Magnetfeld, welches durch Induktion auch im Rotor einen Strom erzeugt. Die Interaktion der beiden Magnetfelder erzeugt ein Drehmoment, das wiederum den Rotor samt Rotorwelle dreht.
Wenn sich die Induktionsmotorwelle mit der gleichen Drehzahl wie das Magnetfeld drehen würde, wäre der induzierte Strom im Rotor Null. Aufgrund verschiedener Verluste, z. B. in den Lagern, ist dies allerdings nicht möglich, und die Drehzahl liegt immer ca. 1–5 % niedriger als die mit dem Magnetfeld synchrone Drehzahl (dies wird als „Schlupf“ bezeichnet). (Permanentmagnetmotoren erzeugen überhaupt keinen Schlupf.)
Die Energieumwandlung in einem Motor erfolgt nicht verlustfrei. Die Verluste sind unter anderem auf ohmsche Verluste, Lüftungsverluste, Magnetisierungsverluste und Reibungsverluste zurückzuführen.
Der Isolierstoff in den Motorwicklungen wird in Isolierstoffklassen gemäß der Norm IEC 60085 unterteilt, die von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission veröffentlicht wurde. Jede Klasse wird durch einen Buchstaben für die Temperatur, die die Obergrenze für den Anwendungsbereich der Isolierung darstellt, gekennzeichnet. Wenn der obere Grenzwert über einen längeren Zeitraum um 10 °C überschritten wird, wird die Lebensdauer der Isolierung um etwa die Hälfte verkürzt.
Isolierstoffklasse |
B |
F |
H |
Max. Wicklungstemp. °C |
130 |
155 |
180 |
Umgebungstemperatur °C |
40 |
40 |
40 |
Temperaturanstieg °C |
80 |
105 |
125 |
Thermischer Sicherheitsabstand °C |
10 |
10 |
15 |
Schutzklassen gemäß IEC 60034-5 geben an, wie der Motor gegen Kontakt und Wasser geschützt ist. Die Schutzklassen werden mit den Buchstaben IP und zwei Ziffern angegeben. Die erste Ziffer steht für den Schutz gegen Kontakt und Penetration durch einen Festkörper. Die zweite Ziffer gibt den Schutz gegen Wasser an. Nachfolgend sehen Sie, was jede der Klassen bedeutet.
IP 23: (2) Schutz gegen Festkörper mit einer Größe von mehr als 12 mm, (3) Schutz gegen direktes Sprühwasser bis 60° aus vertikaler Richtung.
IP 54: (5) Schutz gegen Staub, (4) Schutz gegen Sprühwasser aus allen Richtungen.
IP 55: (5) Schutz gegen Staub, (5) Schutz gegen Strahlwasser mit niedrigem Druck aus allen Richtungen.
Die Kühlmethoden gemäß IEC 60034-6 geben an, wie der Motor gekühlt wird. Dies wird durch die Buchstaben IC gekennzeichnet, gefolgt von einer Reihe von Ziffern für den Kühltyp (unbelüftet, eigenbelüftet, Zwangskühlung) und den Kühlmodus (Innenkühlung, Oberflächenkühlung, Umlaufkühlung, Flüssigkeitskühlung usw.).
Die Installationsmethode gemäß IEC 60034-7 gibt an, wie der Motor installiert wird. Nachfolgend sind zwei Beispiele für Bedeutung dieser Angaben.
IM 1001: zwei Lager, eine Welle mit einem freien Zapfenende, und ein Statorgehäuse mit Füßen.
IM 3001: zwei Lager, eine Welle mit einem freien Zapfenende, ein Statorgehäuse ohne Füße, und ein großer Flansch mit einfachen Befestigungsbohrungen.
Ein Dreiphasen-Elektromotor kann auf zwei Arten angeschlossen werden: als Sternschaltung (Y) oder als Dreieckschaltung (Δ). Die Wicklungsphasen bei einem Dreiphasenmotor sind mit U, V und W gekennzeichnet (U1-U2; V1-V2; W1-W2). Die Standards in den USA beziehen sich auf T1, T2, T3, T4, T5, T6. Bei der Sternschaltung (Y) werden die „Enden“ der Motorwicklungsphasen zu einem Nullpunkt miteinander verbunden. Dies sieht aus wie ein Stern (Y).
Eine Phasenspannung (Phasenspannung = Netzspannung/√3; zum Beispiel 400 V = 690/√3) liegt an den Wicklungen an. Der Strom Ih in Richtung des Nullpunkts entspricht damit einem Phasenstrom, und entsprechend fließt ein Phasenstrom If = Ih durch die Wicklungen. Bei der Dreieckschaltung (Δ) sind die Anfänge und Enden der verschiedenen Phasen miteinander verbunden, die dann ein Dreieck (Δ) bilden. Dadurch liegt eine Hauptspannung an den Wicklungen an.
Der Strom Ih in den Motor entspricht dem Hauptstrom. Dieser wird zwischen den Wicklungen aufgeteilt und ergibt einen Phasenstrom von Ih/√3 = If. Der gleiche Motor kann mit einer 690-V-Sternschaltung oder einer 400-V-Dreieckschaltung angeschlossen werden. In beiden Fällen beträgt die Spannung an den Wicklungen 400 V.
Der Strom zum Motor ist bei einer 690-V-Sternschaltung niedriger als bei einer 400-V-Dreieckschaltung. Das Verhältnis zwischen den Stromwerten beträgt √3. Auf dem Typenschild des Motors kann also beispielsweise 690/400 V angegeben sein. Dies bedeutet, dass die Sternschaltung für die höhere Spannung und die Dreieckschaltung für die niedrigere Spannung ausgelegt ist. Der Strom, der ebenfalls auf dem Typenschild angegeben werden kann, zeigt den niedrigeren Wert für den mit Sternschaltung angeschlossenen Motor und den höheren Wert für den mit Dreieckschaltung angeschlossenen Motor.
Das Drehmoment eines Elektromotors ist ein Ausdruck der Rotordrehkapazität. Jeder Motor hat ein maximales Drehmoment. Eine Last oberhalb dieses Drehmoments bedeutet, dass der Motor sich nicht drehen kann. Bei normalen Last arbeitet der Motor deutlich unter dem maximalen Drehmoment, die Startsequenz erfordert jedoch eine zusätzliche Last. Die Eigenschaften des Motors sind in der Regel in einer Drehmomentkurve dargestellt.
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