Die Dahlanderschaltung kurz und klar erklärt

Was genau ist ein Dahlandermotor?

Ein Dahlandermotor ist ein Asynchronmotor mit Drehstrom und gehört heute zu den am meisten verwendeten Arten von Elektromotoren. Dahlandermotoren zeichnen sich durch ihre zwei Drehzahlen aus. Dadurch verfügen sie über die Möglichkeit, zwischen verschiedenen Geschwindigkeitsverhältnissen zu wechseln. Motoren mit Drehstrom bringen in der Spitze Leistungen von mehreren Megawatt auf. Im Gegensatz zu anderen Elektromotoren benötigen sie keine Kommutatoren oder Bürsten. Das erhöht die Lebensdauer der Dahlandermotoren. Das Prinzip der asynchronen Motoren geht auf Galileo Ferraris und Nikola Tesla zurück. 1889 baute Michail von Dolivo-Dobrowolsky den ersten Käfigläufer. Den Dahlandermotor erfand Robert Dahlander acht Jahre später.

Es handelt sich deshalb um einen Drehstrommotor, weil der Antrieb eines Dahlandermotors über ein Drehfeld erfolgt. Er besitzt einen Rotor, der entweder ein Kurzschlussläufer oder ein Läufer mit Spulen (Drahtwicklungen) sein kann. Der Kurzschlussläufer besteht aus einer Wicklung aus leitfähigen Leiterstäben, daher die Bezeichnung Käfigläufer. Diese Stäbe sind immer kurzgeschlossen. Dadurch entstehen starke Magnetfelder mit geringer Spannung, weswegen man die Motoren nicht so stark isolieren muss. Läufer mit Spulen nennt man auch Schleifringläufermotoren.

Wie funktionieren asynchrone Motoren mit Drehstrom?

Im Grunde funktionieren asynchrone Motoren mit Drehstrom, wie der Dahlandermotor, ähnlich wie ein Transformator. Auf der einen Seite gibt es eine Ständerwicklung als Primärseite, auf der anderen Seite den Kurzschlussläufer als Sekundärseite. Der Einschaltstrom ist vergleichsweise hoch. Die Stern-Dreieck-Schaltung dient dazu, die notwendige Stromaufnahme zu verringern. Wie andere Drehstrom-Asynchronmaschinen, funktioniert auch der Dahlandermotor auf der Basis eines Drehfeldes zwischen einem Stator und einem Rotor. Wenn sich der Rotor langsamer dreht als das Drehfeld, dann entsteht das Magnetfeld, eine Spannung und damit Strom.

Wie funktioniert die Regelung der Drehzahlen?

Die Dahlanderschaltung verwendet eine spezielle Schaltung für den Wechsel zwischen einer langsameren Drehzahl (Schaltung im Dreieck) und einer schnellen Drehzahl (Schaltung im Doppelstern). Bei einer niedrigen Drehzahl sieht die Schaltung dann wie ein Dreieck aus, bei einer hohen Drehzahl wie ein Doppelstern. Man spricht daher auch von einer Dreieck-Doppelsternschaltung. Die Drehzahlumschaltung erfolgt über die Polumschaltung im Verhältnis von 2:1. Bei polumschaltbaren Motoren erfolgt die Dreieckschaltung über die Beschaltung der Netzanschlüsse (L1, L2 und L3). Die Doppelsternschaltung erreicht man durch die Überbrückung von 1U, 1V, 1W und über die Netzanschlüsse (L1, L2, L3) auf die Klemmen 2U, 2V, 2W. Bei den Drehzahlen unterscheidet man folgende Varianten:

• Leerlaufdrehzahl: die Motoren laufen ohne Last
• Nenndrehzahl: Motoren liefern Nennleistung
• Kippdrehzahl: Höchstes mögliches Drehmoment
• Kurzschlussdrehzahl: Motoren ruhen

Wie funktionieren die Wicklungen bei einem Dahlandermotor?

Andere Motoren mit einer Drehzahlübersetzung arbeiten in der Regel mit zwei getrennten Wicklungen. Möchte man die Drehzahl ändern, so muss man den Motor zwischen den beiden Wicklungen umschalten. Eine Dahlanderschaltung hat den Vorteil, polumschaltbar zu sein und damit fliessend von einer Wicklung zur anderen umschalten zu können. Im Grunde handelt es sich um dieselbe Wicklung, nur die Form und damit das Drehmoment verändern sich. Dahlanderschaltungen lassen sich mit Motoren mit getrennten Wicklungen kombinieren, um eine grössere Auswahl an Drehzahlstufen zu bieten.

Bei welchen Antrieben kommt die Dahlanderschaltung zum Einsatz?

Dahlanderschaltungen braucht man in der Elektroinstallation bei Motoren mit mehreren Arbeitsdrehzahlen. Das ist etwa bei Pumpen oder bei Ventilatoren der Fall. Pumpenantriebe mit Dahlanderschaltung kommen in so gut wie allen Industrien vor, als Klein-, Mittel- oder Hochleistungsmotoren. Weiterhin nutzt man diese Antriebe für Ventilatoren und Lüfter sowie bei Hebezeug und Kettenzugantrieben. Traktionsantriebe von Elektroautos und Elektrobussen sowie Hilfsantriebe von Schiffen, Lokomotiven und Bahnen können ebenfalls über einen Dahlandermotor verfügen. Dasselbe gilt auch für Kraftwerkshilfsantriebe und Werkzeugmaschinenantriebe. Die Motordrehzahl lässt sich mithilfe eines Frequenzumrichters steuern, indem man die Frequenz hoch oder herunter dreht. Elektromotoren unterliegen in der Schweiz bestimmten Normen. Mit einem Normmotor ist man daher auf der sicheren Seite.

Was sind die Vorteile von Dahlanderschaltungen?

Zu den Vorteilen der Schaltungen gehören:

• Dahlanderschaltungen verwenden keine Bürsten und verfügen daher über eine höhere Lebensdauer
• Die Kosten der Motoren sind relativ gering
• Konstante Drehzahl
• Robust gebaut
• Lassen sich für eine kurze Zeit stark belasten
• Keine Spannung beim Umläufer, eignet sich daher auch für Pumpen und Umgebungen mit Flüssigkeiten
• Hohe Leistung, hoher Wirkungsgrad

Was sind die Nachteile von Dahlanderschaltungen?

Natürlich gibt es auch einige Nachteile anzuführen:

• Kein einfacher Schalter für die Änderung der Drehzahl, benötigt eine Polumschaltung oder einen Frequenzumrichter
• Komplexe Berechnung
• Niedriger Anlaufmoment