Elektromotor 56)
Elektromotoren Glossar Blog
Polpaar und Polpaarzahl

Was bedeutet Polpaarzahl bei Elektromotoren?

Zusammenhang von Polpaaren, Netzfrequenz

(50 Hz), Drehzahl & Drehmoment im Überblick.

Die Polpaarzahl bestimmt maßgeblich die Drehzahl und das
Drehmoment eines Asynchronmotors am 50-Hz-Netz.

Wie sich 2-, 4-, 6- und 8-polige Elektromotoren in

Synchrondrehzahl, Schlupf und Gehäusegröße

unterscheiden, erklärt dieser Beitrag im

AQ Pluss Glossar.

Ein Polpaar besteht aus einem magnetischen Nordpol und einem Südpol. Bei
Elektromotoren werden diese Pole durch den Wechselstrom in den Statorwicklungen
erzeugt. Da Wechselstrom seine Richtung kontinuierlich ändert, wechseln auch
die erzeugten Magnetpole fortlaufend ihre Polarität.

Die Polpaarzahl gibt an, wie viele dieser Polpaare im Motor integriert sind. Bei
den gängigen IEC-Normmotoren sind vor allem vier Standardausführungen verbreitet:

- 1 Polpaar: 2-poliger Elektromotor
- 2 Polpaare: 4-poliger Elektromotor
- 3 Polpaare: 6-poliger Elektromotor
- 4 Polpaare: 8-poliger Elektromotor

Höhere Polpaarzahlen wie 10, 12, 14 oder mehr als 20 Polpaare gehörten eher der
Vergangenheit an und werden heute nur noch für spezielle Sonderanwendungen
eingesetzt.


Zusammenhang von Polpaarzahl, Netzfrequenz und Drehzahl

Die Polpaarzahl bestimmt direkt die Synchrondrehzahl des Drehfeldes im
Stator. Am mitteleuropäischen Stromnetz mit 50 Hz Frequenz (sowohl bei 230 V
Einphasen- als auch bei 400 V Drehstrom) ergeben sich folgende Drehzahlen:

1. 1 Polpaar (2-polig): Die Synchrondrehzahl liegt bei 3.000 U/min. Durch den
physikalisch bedingten Schlupf läuft die Welle eines Asynchronmotors etwas
langsamer – je nach Motorgröße meist zwischen 2.850 U/min (kleine Motoren) und
2.985 U/min (große Motoren).

2. 2 Polpaare (4-polig): Die Synchrondrehzahl beträgt 1.500 U/min. Die
tatsächliche Wellendrehzahl bewegt sich schlupfbedingt zwischen etwa
1.398 U/min bei kleinen und bis zu 1.495 U/min bei großen Drehstrommotoren.

3. 3 Polpaare (6-polig): Das Magnetfeld rotiert mit 1.000 U/min synchron. An der
Motorwelle verbleiben nach Schlupfverlusten rund 850 U/min bei kleinen bis ca.
980 U/min bei großen Baugruppen.

4. 4 Polpaare (8-polig): Hier dreht das Statorfeld mit 750 U/min. An der Welle
kommen effektiv noch etwa 680 U/min bis 745 U/min an.


Wichtige Randaspekte zu Polzahlen und Motortypen

Für das Verständnis der Antriebstechnik sind zudem folgende Punkte relevant:

- 60-Hz-Stromnetz: In Ländern mit 60 Hz Netzfrequenz (z. B. 440 V / 250 V)
drehen dieselben Drehstrommotoren exakt 20 % schneller, da die Frequenz um 20 %
höher liegt.

- Kondensatormotoren: Als Ableitung des Drehstromsystems besitzen auch
Kondensatormotoren feste Polpaarzahlen und vergleichbare Drehzahlen.

- Kollektormotoren: Zwar besitzen auch sie Polpaare für die Drehbewegung, ihre
Drehzahl hängt jedoch nicht direkt von der Netzfrequenz (50 Hz bzw. 60 Hz) ab,
sondern folgt anderen elektromechanischen Gesetzmäßigkeiten.

- Synchronmotoren: Die exakte Synchrondrehzahl ohne Schlupf erreichen nur
Synchronmotoren, da deren Pole (häufig Permanentmagnete) fest auf dem Rotor
sitzen.


Einfluss auf Drehmoment und Baugröße des Elektromotors

Die Polpaarzahl beeinflusst die mechanische Kraft an der Welle bei gegebener
Leistung stark. Da das Drehmoment (in Nm) umgekehrt proportional zur Drehzahl
ist, gilt: Je niedriger die Drehzahl bei gleicher Motorleistung, desto höher
ist das verfügbare Drehmoment an der Welle.

Dies schlägt sich auch in der Gehäusebauform nieder. Je mehr Polpaare ein
Elektromotor hat, desto größer wird der Durchmesser des Rotorblechpakets und
des Stators. Ein 2-poliger Motor hat ein langes, schlankes Blechpaket, während
ein 8-poliger Motor bei gleicher Leistung ein deutlich dickeres, breiteres
Blechpaket erfordert.


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 Elektromotoren-Glossar-Blog Polpaar und Polpaarzahl

Ein Paar (hier 2), das aus dem magnetischen Nordpol und Südpol stammt, unser Thema hier Elektromotoren, also sind diese durch Strom in den Wicklungen erzeugt. Wechselstrom, also wechseln die auch ihre Polarität. Polpaarzahl, das bedeutet, dass es eines gibt sowie auch mehrere. Bei den Standard-Elektromotoren, den IEC Normmotoren, gibt es 1 Polpaar (der lapidare Ausdruck ist zweipolig), 2 Polpaare (der lapidare Ausdruck ist 4-polig), 3 Polpaare (6-polig) und 4 Polpaare (8-polig) sind die gängigen. 10, 12, 14 und mehr, über 20, die gehören mehr der Vergangenheit an. Der wesentliche Einfluss der Polpaare (polig) ist die Drehzahl, die Zuordnung der Drehzahl im Netz. Bei unseren 50 Hz im „Stromnetz“, bei 230 V und 400 V, ist bei beiden 50 Hz. Physisch, lassen wir weg.

Die Abhängigkeiten ergeben bei 1 Polpaar (2-polig) 3.000 U/min von synchronem Umlauf, der E-Motor hinkt etwas nach, der Begriff ist Schlupf, also dreht sich der Rotor je nach Motorgröße so zwischen 2.850 U/min und 2.985 U/min, bei den großen. Gefolgt wird er von den doppelten 2 Polpaaren (4-polig), E-Motoren!

Die Drehzahlen bewegen sich im E-Motor bei 1.500 U/min synchron, die Welle (durch den Schlupfverlust) mit ca. 198 U/min bei den kleinen E-Motoren bis 1.495 U/min bei den großen E-Motoren. Das nächste Polpaar sind die 3 mal 2 (6-poligen) E-Motoren. Hier haben wir wieder dieselbe Situation, im E-Motor dreht sich das Feld mit 1.000 U/min, an der Welle sind es von ca. 850 U/min an den kleinen E-Motoren bis ca. 980 U/min bei den großen E-Motoren. Der letzte, den wir hier betrachten, ist der 4 mal 2-polige (8-polige) E-Motor. Da dreht sich das Feld noch langsamer, nämlich mit 750 U/min. Die Welle schleppt da auch wieder etwas nach, die dreht so zwischen 680 U/min (die kleinen E-Motoren) und 745 U/min bei den großen E-Motoren.

Das genügt für eine einfache Betrachtung. Zwei, drei Aspekte, die noch dazugehören, als Randinformationen:

1. Bei einem 60 Hz Stromnetz, meist 440 V / 250 V, drehen die gleichen E-Motoren 20 % schneller. 50 Hz + 20 % = 60 Hz, so auch bei der Drehzahl.

2. Bei Kondensatormotoren (eine Ableitung des Drehstrommotorensystems) sind die Polpaarzahlen ebenso vorhanden.

3. Bei Kollektormotoren gibt es zwar auch Polpaare, sonst würde der Rotor nicht drehen, allerdings sind die nicht von der Netzfrequenz 50 Hz bei uns, oder 60 Hz im Ausland, abhängig. Da ist der Drehzahlzusammenhang ein anderer.

4. Die Synchrondrehzahl, jeweils die gerundete ohne Schlupfverlust, die erreicht man nur bei Synchronmotoren, die haben schon die Pole fest auf dem Rotor, meist Magnete. Synchronmotoren sind hier nicht Bestandteil der Betrachtungen.

5. Polpaare (polig) die Anzahl wirkt sich sehr stark auf die Kraft (in Nm) an der Motorwelle aus (vergleiche die Info Drehmoment im Glossar, hier…) Da sie unter dem Bruchstück der Drehmomentgleichung steht… Umso größer die Drehzahl wird, umso kleiner wird das Drehmoment, bei gleicher Leistung, die eigentliche Kraft an der E-Motor-Welle in Nm.

Haben Sie mal E-Motoren (Drehstrommotoren) offen gesehen, je kleiner die Drehzahl (umso mehr Polpaare) wird, umso größer wird der Durchmesser vom Rotorblechpaket. Ein 2-poliger (2 Polpaare) E-Motor hat ein „schlankes“ Blechpaket, ein 8-poliger (4 Polpaare) hat ein „fettes“ Rotorblechpaket im E-Motor-Stator. Deshalb werden bei hohen Polpaarzahlen die E-Motoren größer – bei kleinen Polpaarzahlen die E-Motoren kleiner – im Durchmesser vom Gehäuse (Stator).

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