„Polpaarzahl“ – Versionsunterschied
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Die '''Polpaarzahl''' ([[Formelzeichen]]: <math>p</math>) ist die Anzahl der Paare von [[Magnetismus|magnetischen]] Polen innerhalb von rotierenden [[Elektrische Maschine|elektrischen Maschinen]].<ref name= "Quelle 2" /> Folglich gilt für die '''Polzahl:''' <math>2 \cdot p</math>.<ref name= "Quelle 9" /> |
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== Grundlagen == |
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[[Datei:Polpaar zahl 1.svg|mini|[[Drehstrom-Asynchronmaschine|Asynchronmaschine]] mit der Polpaarzahl <math>p = 1</math> und 3 Stränge]] |
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[[Datei:Polpaar zahl 2 2.svg|mini|Asynchronmaschine mit der Polpaarzahl <math> p = 2</math> und 3 Strängen; die Diagramme zeigen die Feldstärke im Luftspalt]] |
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Da [[Elektromagnet|magnetische Pole]] nur paarweise auftreten können, ist die kleinste Polpaarzahl <math>p = 1</math> (1 Nordpol + 1 Südpol). Adäquat dazu wird die Polzahl mit <math>2 \cdot p</math> bezeichnet. Eine vierpolige Maschine besitzt somit 2 Polpaare.<ref name= "Quelle 11" /> Dies ist folgendermaßen zu verstehen: Im einfachsten Fall, wie bei einer Gleichstrommaschine, bezieht sich die Polpaarzahl auf deren Hauptpolfeld, also das magnetische Feld, welches im Stator durch von Gleichstrom durchflossenen Spulen erzeugt wird. Dieses konstante Magnetfeld hat einen Nord- und einen Südpol. Die Maschine hat somit eine Polpaarzahl von 1. |
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Bei Drehfeldmaschinen wurde für die Definition der Polpaarzahl eine Analogie zur [[Gleichstrommaschine]] gesucht. Ein [[Drehfeld]] entsteht bei einer Anordnung von 3 [[Spule (Elektrotechnik)|Spulen]], die gleichmäßig um 120° versetzt im Stator untergebracht sind und von einem entsprechenden [[Drehstrom]] durchflossen werden. Alternativ dazu könnte man auch einen [[Stabmagnet|Stabmagneten]] an einer Achse mit entsprechender Drehzahl rotieren lassen. In beiden Fällen wird das gleiche Magnetfeld erzeugt. Ein solches Magnetfeld besitzt ''ein'' umlaufendes Polpaar, also einen Nord- und einen Südpol, die sich gegenüberstehen. Eine Drehfeldmaschine, die einen derartig aufgebauten Stator besitzt (bei [[Außenpolmaschine|Außenpolmaschinen]] der Läufer), hat eine Polpaarzahl von 1. Wenn man nach obigem Beispiel jetzt ein weiteres Spulentripel genau zwischen die anderen drei Spulen anordnet (der Winkel zwischen zwei benachbarten Spulen beträgt nun nur noch 60°) hätte man somit 2 Polpaare. |
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Der Abstand zwischen zwei Nachbarspulen wird als Polteilung bezeichnet.<ref name= "Quelle 3" /> Gemessen wird dabei von Polmitte zu Polmitte. Je höher die Polpaarzahl ist, umso enger liegen die Spulen beieinander.<ref name= "Quelle 4" /> Neben dem [[Leistungsfaktor]] und der Höhe der [[Klemmenspannung]] ist bei Asynchronmaschinen die Größe der Polteilung ausschlaggebend für die Anzahl der Nuten pro Pol.<ref name= "Quelle 5" /> Dies hat einen großen Einfluss auf das Verhalten des Luftspaltfeldes. Maschinen erhalten immer entsprechend ihrer Polpaarzahlen eine entsprechende Menge an Spulen.<ref name= "Quelle 6" /> |
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'''Beispiel:''' Ein 4-poliger Drehstromasynchronmotor hat also 2 Polpaare (4 Pole) mit jeweils 3 Spulen, also insgesamt 6 einzelne Spulen. |
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== Polpaarzahl und Luftspaltfeld == |
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Das Luftspaltfeld erhält pro Polpaar eine volle Kosinusschwingung. Allerdings bewegt sich die Welle während des Durchlaufs einer elektrischen Periode nicht über den gesamten Umfang. Sie bewegt sich nur über den jeweiligen Sektor, welcher von einem Spulentripel eingenommen wird. |
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Bei einer Polpaarzahl von <math>p = 1</math> bewegt sich die Welle des Luftspaltfeldes somit exakt innerhalb einer elektrischen Periode eine komplette Umdrehung über den Umfang der Maschine. Bei einer Polpaarzahl von <math>p = 4</math> bewältigt das Luftspaltfeld gerade mal ein Viertel des Umfanges innerhalb einer Periode. Somit werden vier Perioden benötigt, um den vollen Umfang zu durchlaufen.<ref name= "Quelle 7" /> |
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== Polpaarzahl und Drehzahl == |
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In direkt am Netz betriebenen Motoren bestimmen die [[Netzfrequenz]] und die Polpaarzahl die [[Drehfeld]]drehzahl einer Drehfeldmaschine. [[Drehstrom-Synchronmaschine|Synchronmaschinen]] drehen genau mit der Drehfelddrehzahl, [[Asynchronmaschine]]n lastabhängig mit einer leicht abweichenden Drehzahl. Die Drehfelddrehzahl ''n''<sub>s</sub> lässt sich, wie folgt, ermitteln:<ref name= "Quelle 8" /> |
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:<math>n_\text{s} = \frac fp</math> |
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Quelle:<ref name= "Quelle 9" /> |
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Bezieht man nun die Drehzahl auf eine Minute ergibt sich folgende Formel: |
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:<math>n_\text{s} = \frac{60 \cdot f}{p}</math> |
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Da die maximale Drehfelddrehzahl bei einer Netzfrequenz von 50 [[Hertz (Einheit)|Hz]] exakt 3000 min<sup>−1</sup> beträgt, lässt sich anhand der auf dem [[Leistungsschild]] angegebenen Drehzahl ermitteln, wievielpolig die Maschine ist.<ref name= "Quelle 10" /> |
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'''Beispiel:''' Eine 2-polige Synchronmaschine dreht bei 50 Hz demnach mit 3000 min<sup>−1</sup>, da zwei Pole ein Polpaar bilden. |
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'''Erklärung:''' Ein fiktiver Punkt auf der Welle dreht sich im Laufe einer Halbwelle zum nächsten Pol weiter. Wenn es nur ein Polpaar gibt, also 2 Pole, dreht er sich einmal pro Periode. (Eine Sinusperiode besteht aus zwei Halbwellen). Bei einem Motor mit zwei Polpaaren dreht er sich, da es vier Pole gibt, erst innerhalb von 4 Halbwellen, also 2 Perioden um 360°. Die Drehzahl hat sich also halbiert.<ref name= "Quelle 1" /> |
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== Polpaarzahl und Drehmoment == |
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Die mechanische [[Leistung (Physik)|Leistung]] errechnet sich aus dem Produkt von [[Drehmoment]] und [[Drehzahl]]: |
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: <math>P_\text{mech} = 2 \cdot \pi \cdot n \cdot M </math> |
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Bei netzbetriebenen Motoren gleicher angegebener Nennleistung ist deswegen das Nenndrehmoment proportional zur Polpaarzahl. Die Motoren gleicher Leistung mit der größeren Polpaarzahl sind aber größer als die mit der kleineren Polpaarzahl. Vergleicht man jeweils Motoren mit dem gleichen Grundprinzip und gleicher Größe, so ist das erreichbare Nennmoment nicht grundsätzlich proportional zur Polpaarzahl. Je nach Technologie nimmt das Drehmoment mit steigender Polpaarzahl mehr oder weniger stark, immer aber unterproportional, zu und bei Übersteigen einer höheren Polpaarzahl gar wieder ab.<ref name= "Quelle 11" /> |
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== Literatur == |
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* {{Literatur | Autor=Ali Farschtschi | Titel=Elektromaschinen in Theorie und Praxis |TitelErg=Aufbau, Wirkungsweisen, Anwendungen, Auswahl- und Auslegungskriterien | Auflage=1. | Verlag=VDE-Verlag | Ort=Berlin/ Offenbach | Jahr=2001 | ISBN=3-8007-2563-0}} |
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* {{Literatur | Autor=Karl Falk | Titel=Der Drehstrommotor |TitelErg=Ein Lexikon für die Praxis | Auflage=1. | Verlag=VDE-Verlag | Ort=Berlin/ Offenbach | Jahr=1997 | ISBN=3-8007-2078-7}} |
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== Einzelnachweise == |
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<ref name="Quelle 1">{{Literatur | Autor=Rudolf Busch | Titel=Elektrotechnik und Elektronik für Maschinenbauer und Verfahrenstechniker | Verlag=B. G. Teubner Verlag | Auflage=4., korrigierte und aktualisierte | Ort=Wiesbaden | Jahr=2006 | ISBN= 3-8351-0022-X}}</ref> |
<ref name="Quelle 1">{{Literatur | Autor=Rudolf Busch | Titel=Elektrotechnik und Elektronik für Maschinenbauer und Verfahrenstechniker | Verlag=B. G. Teubner Verlag | Auflage=4., korrigierte und aktualisierte | Ort=Wiesbaden | Jahr=2006 | ISBN= 3-8351-0022-X}}</ref> |
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<ref name="Quelle 10">{{Literatur | Autor=Hans-Günter Boy, Horst Flachmann, Otto Mai | Titel=Die Meisterprüfung |TitelErg=Elektrische Maschinen und Steuerungstechnik | Auflage=4. | Verlag=Vogel Buchverlag | Ort=Würzburg | Jahr=1983 | ISBN=3-8023-0725-9}}</ref> |
<ref name="Quelle 10">{{Literatur | Autor=Hans-Günter Boy, Horst Flachmann, Otto Mai | Titel=Die Meisterprüfung |TitelErg=Elektrische Maschinen und Steuerungstechnik | Auflage=4. | Verlag=Vogel Buchverlag | Ort=Würzburg | Jahr=1983 | ISBN=3-8023-0725-9}}</ref> |
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<ref name="Quelle 11">{{Literatur | Autor=Franz Moeller, Paul Vaske; Winfried Kraneburg | Herausgeber=Franz Moeller, Paul Vaske | Titel=Teil 1: Aufbau, Wirkungsweise und Betriebsverhalten | Sammelwerk=Leitfaden der Elektrotechnik | Band=Band 2 (Elektrische Maschinen und Umformer) | Auflage=11., überarbeitete | Verlag=B. G. Teubner | Ort=Stuttgart | Jahr=1970}}</ref> |
<ref name="Quelle 11">{{Literatur | Autor=Franz Moeller, Paul Vaske; Winfried Kraneburg | Herausgeber=Franz Moeller, Paul Vaske | Titel=Teil 1: Aufbau, Wirkungsweise und Betriebsverhalten | Sammelwerk=Leitfaden der Elektrotechnik | Band=Band 2 (Elektrische Maschinen und Umformer) | Auflage=11., überarbeitete | Verlag=B. G. Teubner | Ort=Stuttgart | Jahr=1970}}</ref> |
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</references> |
</references>hallo magneten sind cool |
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[[Kategorie:Größe (Maschinenbau)]] |
[[Kategorie:Größe (Maschinenbau)]] |
Version vom 19. April 2021, 09:52 Uhr
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