Wann soll der Konstrukteur bzw. Anwender eher einen Asynchronantrieb oder eher einen Synchronantrieb wählen?

Die baulichen und funktionalen Unterschiede zwischen Antrieben mit Asynchron- und Synchronmotoren haben Sie schon beschrieben. Welche Vor- bzw. Nachteile hat aber jeder Antrieb, wenn man die beiden miteinander vergleicht?

Antwort der Redaktion

Diese Frage stellt sich insbesondere in den Leistungsbereichen, in denen Asynchron- und Synchronantriebe parallel angeboten werden. Heute ist das bei Servoantrieben von ca. 3 kW bis 20 kW der Fall. Zukünftig werden sich wahrscheinlich ähnliche Fragen auch bei drehzahlveränderlichen Antrieben mit Frequenzumrichtern stellen, da erste Hersteller Synchronmotoren im klassischen Asynchronmotordesign anbieten.

Vergleicht man Asynchron- und Synchronmotoren mit gleicher Achshöhe und ähnlichen Leistungsdaten (Nennleistung, Nenndrehzahl, Nenndrehmoment) ergeben sich folgende Unterschiede:

Synchronmotoren sind immer dann von Vorteil, wenn es um hohes Beschleunigungsvermögen und kleine, leichte, kompakte Bauweise geht. Asynchronmotoren sind dafür preiswerter. Je nach Wichtung der Kriterien ergeben sich von Anwendung zu Anwendung unterschiedliche Präferenzen. Regelungstechnisch und bezogen auf die Umrichterauslegung gibt es keine relevanten Unterschiede.

Beispiel:

Rückfrage

Vielen Dank für Ihre Auskunft beim Motorenvergleich (synchron-asynchron). Einen Aspekt habe ich allerdings dabei vermisst: Meines Wissens kann man einen Asynchronmotor im Feldschwächbereich bei konstanter Leistung weit über die Nenndrehzahl hinaus betreiben (bis ca. 2*Nnenn), was - soviel ich weiß - beim Synchronmotor nicht möglich ist. Wenn man nun für einen vorgegebenen drehzahlverstellbaren Antrieb (z. B. Hubseilwinde, Fahrantrieb eines Fahrzeugs, Pumpe, Lüfter etc.) mit fest vorgegebener Leistung und Nenndrehzahl einen Motor mit Getriebe sucht, kann man somit einen Asynchronmotor mit hoher Getriebeuntersetzung wählen und den Feldschwächbereich nutzen, oder man wählt einen Synchronmotor mit niederer Getriebeuntersetzung. Was sind dann jeweils die Vor- und Nachteile? (Gesamtgewicht, Gesamtbaugröße, Gesamtpreis, einschl. Getriebe?) Kompensieren sich nicht die Vor- und Nachteile einer jeden Wahl, so dass es eigentlich egal ist, welchen Motor man wählt? Vielen Dank noch mal für Ihre kompetenten Antworten.

Antwort der Redaktion

Der Feldschwächbetrieb ist besonders bei Asynchron- und fremd erregten Gleichstrommotoren ausgeprägt. Bei permanent erregten Synchronmotoren gibt es einige Sonderlösungen, die eine leichte Feldschwächung (ca. 20 %) zulassen.

Der Feldschwächbetrieb ist besonders dann von Interesse, wenn bei großen Drehzahlen ein kleines Drehmoment und bei kleinen Drehzahlen ein großes Drehmoment gefordert wird (Betrieb mit konstanter Leistung). Anwendungen sind z. B. Wickler und Seiltrommeln, deren Durchmesser je nach Menge des auf- bzw. abgewickelten Materials variiert und die mit einem konstanten Zug im Material fahren. Hier kann sich der Durchmesser sehr stark ändern und unter Ausnutzung des Feldschwächbetriebes ergibt sich eine kostengünstige Antriebsauslegung.

Bezüglich der Getriebeuntersetzung ist zu sagen, dass mit steigender Untersetzung auch die Verluste im Getriebe, die Kosten und die Baugröße steigen. So gesehen sind kleine Getriebeuntersetzungen eher von Vorteil. Aus diesem Grund würden wir in Anwendungen mit konstantem Drehmoment (z. B. Fahrantrieben) eher auf den Nennarbeitspunkt auslegen und den Feldschwächbereich vermeiden. Trotzdem bleiben noch genügend Freiheitsgrade um durch Variation der Polpaarzahl des Motors und der Getriebeuntersetzung die optimale Kombination zu finden.