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Einheit
dimensionslos
Einfach erklärt
Die Polpaarzahl p gibt an, aus wie vielen Nord-Süd-Polpaaren das Magnetfeld eines Elektromotors oder Generators aufgebaut ist – ein Polpaar besteht aus je einem Nord- und einem Südpol. Sie ist eine reine Zählgröße (dimensionslos, ganzzahlig: p=1, 2, 3 …) und bestimmt zusammen mit der Netzfrequenz f, wie schnell sich das magnetische Drehfeld dreht: Je mehr Polpaare eine Maschine hat, desto langsamer dreht sich ihr Feld bei gleicher Netzfrequenz. Ein zweipoliger Motor (p=1) läuft am 50-Hz-Netz mit maximal 3000 Umdrehungen pro Minute, ein vierpoliger Motor (p=2) nur mit 1500. Die meisten Industriemotoren haben p=1 bis p=4, langsam laufende Generatoren wie in Windkraftanlagen deutlich mehr.
Merksatz: Verdoppelst du die Polpaarzahl, halbiert sich die Synchrondrehzahl bei gleicher Netzfrequenz.
Fortgeschrittene Erklärung
Polpaarzahl (p) ergibt sich aus der Anzahl der räumlich über den Umfang verteilten Wicklungsstränge bzw. Magnetpole in Stator oder Rotor: 2p Pole bilden p Polpaare. Sie legt über ns=60·f/p die Synchrondrehzahl einer Synchron- oder Asynchronmaschine fest und ist eine ganzzahlige Konstruktionsgröße, die durch die Wicklung fest vorgegeben ist – sie lässt sich im Betrieb nicht verändern.
Auf dem Typenschild wird p meist nicht direkt genannt, sondern über die Nenndrehzahl indirekt sichtbar: Eine Asynchronmaschine mit z.B. 1450 min⁻¹ bei 50 Hz liegt knapp unter der nächsten Synchrondrehzahl 1500 min⁻¹, was p=2 entspricht; die Differenz ist der Schlupf. Bei Umrichterbetrieb wird die Drehzahl über die Ausgangsfrequenz f stufenlos verstellt, während p konstant bleibt – die Polpaarzahl ist also eine Bauform-, keine Betriebsgröße.
Ein häufiger Fehler in der Praxis ist die Verwechslung von Polzahl (2p, z.B. „vierpolig") und Polpaarzahl (p=2) in Datenblättern und Katalogen – hier lohnt sich immer ein Blick, ob die angegebene Zahl die Pole oder die Polpaare meint. Bei mehrpoligen Synchrongeneratoren (z.B. in Wasserkraft- oder Windkraftanlagen) erlaubt eine hohe Polpaarzahl den getriebelosen Betrieb bei niedriger mechanischer Drehzahl, da die elektrische Frequenz f=p·n/60 trotzdem netzkonform bei 50 Hz bleibt.
Wichtige Formeln und Zusammenhänge
ns ist die Synchrondrehzahl in min⁻¹, f die Netz- bzw. Statorfrequenz in Hz und p die Polpaarzahl (dimensionslos, ganzzahlig). Die mechanische mit der elektrischen Frequenz verknüpfende Beziehung lautet f=p·n/60.
Beispiel und Vorgehensweise
Ein vierpoliger Asynchronmotor (Polpaarzahl p=2) wird am 50-Hz-Netz betrieben. Gesucht ist die Synchrondrehzahl.
- Gegeben: f = 50 Hz, p = 2.
- Formel wählen: ns = 60·f/p.
- Einsetzen: ns = 60·50/2.
- Rechnen: ns = 3000/2.
- Ergebnis: ns = 1500 min⁻¹ Synchrondrehzahl.
Auf dem Typenschild eines Motors steht n=1455 min⁻¹ bei f=50 Hz, die Polpaarzahl ist nicht direkt angegeben.
Man wählt die nächstliegende genormte Synchrondrehzahl oberhalb von n: ns=1500 min⁻¹. Daraus folgt p=60·f/ns=60·50/1500=2. Der Schlupf ergibt sich zu s=(ns-n)/ns=(1500-1455)/1500≈0,03, also 3 % – ein typischer Wert für Asynchronmotoren im Nennbetrieb.
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Weiterführend
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