Schaltungsarten Stern und Dreieck am Motor

Richtig: a)

Die Bezeichnungs-Logik nach ÖNORM EN 60034-8 sieht vor, dass derselbe Buchstabe Anfang und Ende derselben Wicklung markiert. U1 und U2 sind also die beiden Enden ein und derselben Wicklung. U1 und V1 wären Anfänge unterschiedlicher Wicklungen, ebenso U2 und V2. U1 und W2 sind Anfang und Ende verschiedener Wicklungen.

Richtig: a)

Die versetzte Anordnung ist eine konstruktive Lösung: in dieser Reihenfolge braucht weder Stern noch Dreieck schräg verlaufende Brücken. Die Drehrichtung wird über das Tauschen zweier Außenleiter geändert, das hängt nicht mit der Klemmenanordnung zusammen. Eine ÖNORM-Vorgabe gibt es zwar zur Bezeichnung, nicht aber zur räumlichen Anordnung als reine Vorschrift.

Richtig: c)

Drei Wicklungen, jeweils um 120° räumlich versetzt — das ist die Grundlage des dreiphasigen Aufbaus. Aus den drei Wicklungen ergeben sich sechs Anschlüsse. Vier oder sechs Wicklungen kommen bei polumschaltbaren Sonderausführungen vor, sind aber nicht die Standardform.

Richtig: d)

In der Sternschaltung werden die Wicklungsenden zum Sternpunkt vereint — und die liegen am Klemmenbrett in der oberen Reihe (W2-U2-V2). Eine Brücke über die untere Reihe würde die Wicklungsanfänge kurzschließen, was die Wicklungen unbrauchbar verbindet. Diagonale Brücken sind die Dreieck-Anordnung, nicht Stern. „Keine Brücke“ wäre ein offener Motor ohne geschlossenen Stromkreis durch die Wicklungen.

Richtig: a)

Im Stern hängt jede Wicklung in Reihe mit einem Außenleiter — der Strom hat keine Möglichkeit, sich aufzuteilen. Was im Außenleiter fließt, fließt durch die Wicklung. Der Faktor √3 betrifft nur das Spannungsverhältnis. Faktor 3 ist das Leistungs- oder Drehmomentverhältnis zwischen Y und Δ am gleichen Netz, nicht der Stromzusammenhang innerhalb einer Schaltung.

Richtig: b)

U_Strang = U_AL / √3 = 400 V / 1,732 ≈ 231 V. Das ist genau die übliche Nennspannung einer 230-V-Wicklung. 400 V wäre die Strangspannung im Dreieck am 400-V-Netz, 690 V die Außenleiterspannung im großen Mittelspannungsbereich, 115 V ist hier ohne Bezug.

Richtig: c)

In Dreieck wird das Ende jeder Wicklung mit dem Anfang der nächsten verbunden — daraus ergeben sich die drei Brücken U1-W2, V1-U2 und W1-V2. Eine durchgehende Brücke der oberen Reihe wäre Stern. Eine Brücke der unteren Reihe würde die Wicklungsanfänge kurzschließen. Brücken U1-U2 würden jede einzelne Wicklung kurzschließen — der Motor würde beim Einschalten sofort einen Kurzschluss bilden.

Richtig: d)

Aus jedem Außenleiter-Knoten gehen zwei Wicklungen ab, deren Ströme um 120° phasenverschoben sind. Die geometrische Addition liefert den Faktor √3. „Gleich groß“ gilt im Stern. „√3 kleiner“ gilt für die Spannung im Stern (U_Strang = U_AL/°3), nicht für den Strom in Dreieck. „Dreimal so groß“ ist das Strom-Leistungs-Verhältnis zwischen Δ und Y am gleichen Netz, nicht der innere Zusammenhang in Dreieck.

Richtig: a)

In Dreieck liegt jede Wicklung zwischen zwei Außenleitern, also über der vollen Außenleiterspannung. Am 400-V-Netz sind das genau 400 V. 230 V wäre der Stern-Fall am gleichen Netz. 690 V tritt im 400/690-V-Motor erst im Stern-Betrieb am 690-V-Netz auf.

Richtig: b)

Die Konvention ist eindeutig: erste Spannung → Δ, zweite Spannung → Y. Die niedrigere gehört zum Dreieck, weil dort die Wicklung die volle Außenleiterspannung sieht. „Beide“ wäre nur richtig, wenn beide Schaltungen am selben Netz möglich wären — was nicht der Fall ist. Anlaufspannung ist keine eigene Größe am Typenschild.

Richtig: a)

Die Wicklung verträgt 400 V Strangspannung. In Dreieck am 400-V-Netz sieht jede Wicklung genau diese 400 V. In Stern wären es nur 400/√3 ≈ 230 V — viel zu wenig, der Motor läuft mit nur einem Drittel Drehmoment. Belastungsabhängig ist die Wahl nicht — die Schaltung wird fest verdrahtet. Beide gleichwertig sind sie nie am gleichen Netz.

Richtig: d)

Die Schaltung ist nicht frei wählbar — sie muss zur Wicklungsauslegung passen. Stern ist nicht „generell schonender“ — wenn der Motor für Δ ausgelegt ist, bringt Stern zu wenig Drehmoment. Dreieck führt am 400-V-Netz beim selben Motor zu mehr Strom, nicht weniger. Stern und Dreieck sind nicht „austauschbar“, außer beim gezielten Y/Δ-Anlauf — und auch dort nur für einen begrenzten Zeitraum.

Richtig: a)

Der Faktor 1/3 ergibt sich aus zwei Effekten: in Y sieht die Wicklung 1/√3 der Spannung (also fließt 1/°3 des Strangstroms), und im Stern entspricht der Außenleiterstrom dem Strangstrom — anders als im Dreieck, wo er √3-mal größer ist. Zusammen: (1/√3) / √3 = 1/3. 1/√3 ist nur das Spannungsverhältnis allein. √3 oder 3 wären die umgekehrte Richtung von Y auf Δ.

Richtig: b)

Das Drehmoment des Asynchronmotors ist proportional zum Quadrat der Strangspannung. Mit U_Strang,Y = U_Strang,Δ / √3 folgt M_Y / M_Δ = (1/°3)² = 1/3. „Genauso groß“ wäre nur bei gleich gehaltener Strangspannung. „1/√3″ wäre der lineare Faktor, der für Spannung und Strangstrom gilt, nicht für Drehmoment. „Drei Mal so groß“ geht in die falsche Richtung.

Richtig: c)

Die Wicklung sieht zu wenig Spannung (rund 230 V statt 400 V), das Drehmoment fällt auf 1/3. Mechanisch durchbrennt sie dabei in der Regel nicht, weil auch der Strom kleiner ist — der Schaden ist hier nicht sofort, aber der Antrieb funktioniert nicht. Nenndrehmoment bekommt man nur bei korrekter Strangspannung. Wirkungsgrad-Optimum erreicht man nicht durch Unterspannung.

Richtig: d)

In Δ liegt jede Wicklung an der vollen Außenleiterspannung 400 V, statt der für sie ausgelegten 230 V. Das ist √3-mal mehr Spannung. Der Strom steigt entsprechend, die Wicklungsverluste quadratisch, die Isolierung gibt nach. „Weniger Drehmoment“ ist falsch — kurz vor dem Durchbrennen liefert der Motor sogar mehr Drehmoment als nominal. Schneller als Synchrondrehzahl kann ein Asynchronmotor nicht laufen.