Warum brennt die Wicklung eines Drehstrommotors durch, wenn sie phasenverschoben ist?

Wie groß darf der Strom bei Sternschaltung und Dreieckschaltung sein?

Solange der tatsächliche Betriebsstrom den Nennstrom nicht überschreitet, ist der Motor relativ sicher. Übersteigt der Strom den Nennstrom, besteht die Gefahr eines Durchbrennens der Motorwicklung. Phasenmangel ist ein typischer Fehlertyp bei Drehstrommotoren. Mit dem Aufkommen von Motorschutzvorrichtungen lassen sich solche Probleme jedoch besser vermeiden.

Tritt jedoch bei einem Drehstrommotor ein Phasenmangel auf, äußert sich dies in einem Durchbrennen der Wicklung innerhalb kürzester Zeit. Je nach Anschlussart gelten unterschiedliche Regeln für das Durchbrennen der Wicklung. Bei einer Motorwicklung in Dreieckschaltung brennt bei einem Phasenmangel eine Phasenwicklung durch, während die beiden anderen Phasen weitgehend intakt bleiben. Bei einer Wicklung in Sternschaltung brennen zwei Phasenwicklungen durch, während die andere Phase weitgehend intakt bleibt.

Der Hauptgrund für durchgebrannte Wicklungen liegt darin, dass der von ihnen getragene Strom den Nennstrom übersteigt. Wie hoch dieser Strom genau ist, beschäftigt viele Internetnutzer. Jeder versucht, mithilfe spezifischer Berechnungsformeln ein quantitatives Verständnis zu erlangen. Zahlreiche Experten haben hierzu spezielle Analysen durchgeführt. Bei unterschiedlichen Berechnungen und Analysen gibt es jedoch immer wieder unermessliche Faktoren, die zu großen Abweichungen im Strom führen, was ebenfalls zu endlosen Debatten geführt hat.

Wenn der Motor startet und normal läuft, ist der dreiphasige Wechselstrom eine symmetrische Last. Die dreiphasigen Ströme sind gleich groß und kleiner oder gleich dem Nennwert. Bei einer Phasenunterbrechung wird der Strom in einer oder zwei Phasenleitungen Null, während der Strom in den verbleibenden Phasenleitungen zunimmt. Wir nehmen die Last während des elektrischen Betriebs als Nennlast und analysieren die Stromsituation qualitativ anhand der Verteilungsbeziehung von Wicklungswiderstand und Drehmoment nach der Phasenunterbrechung.

Bei einem Motor in Dreieckschaltung beträgt der Phasenstrom jeder Wicklungsgruppe im Normalbetrieb mit Nennstrom das 1/1,732-fache des Nennstroms (Netzstroms) des Motors. Wird eine Phase getrennt, d. h. zwei Phasenwicklungen werden in Reihe und dann parallel zur anderen Phase geschaltet, erreicht der Strom der Wicklung, die allein die Netzspannung führt, mehr als das 2,5-fache des Nennstroms, was dazu führt, dass diese Wicklung innerhalb kürzester Zeit durchbrennt. Die Ströme der anderen zweiphasigen Wicklungen sind relativ gering und im Allgemeinen in einem guten Zustand.

Bei einem Motor in Sternschaltung werden beim Abschalten einer bestimmten Phase die anderen Zweiphasenwicklungen in Reihe an die Stromversorgung angeschlossen. Bei unveränderter Last ist der Strom der abgeschalteten Phase Null, und der Strom der anderen Zweiphasenwicklungen steigt auf mehr als das Zweifache des Nennstroms an, wodurch die Zweiphasenwicklungen überhitzen und durchbrennen.

Bei der Analyse des gesamten Phasenmangelprozesses führen jedoch verschiedene Faktoren wie unterschiedliche Wicklungen, unterschiedliche Qualitätszustände der Wicklungen und die tatsächliche Lastsituation zu einer relativ komplexen Stromänderung. Es ist unmöglich, dies anhand einer einfachen Formel zu berechnen und zu analysieren. Wir können lediglich eine grobe Analyse anhand einiger Extremzustände und idealer Modelle durchführen.