Asynchronmotor oder Synchronmotor im Vergleich für die Antriebsauslegung

Das Wichtigste auf einen Blick

Asynchronmotoren arbeiten mit Schlupf, Synchronmotoren mit Permanentmagneten schlupffrei.
Nach IEC 60034-30-1 erreicht ein vierpoliger 7,5-kW-Asynchronmotor in IE3 etwa 90,4 Prozent, in IE4 etwa 92,6 Prozent.
Asynchronmotoren decken 0,09 bis 200 kW ab, Synchronservomotoren 0,1 bis 15 kW.
Bei fester Drehzahl ist der Asynchronmotor meist wirtschaftlicher, bei drehzahlvariablen oder Positionieraufgaben der Synchronmotor mit Umrichter.
Den Ausschlag geben Drehmomentverlauf, Lastprofil und Systemkosten, nicht ein einzelner Wirkungsgradwert.

Wirkungsgradklassen nach IEC 60034-30-1

IEC 60034-30-1 definiert IE1 bis IE4; die Ausgabe 2025 führt zusätzlich IE5 ein.

Nennleistung, 4-polig	IE3	IE4
0,75 kW	82,5 %	85,7 %
2,2 kW	86,7 %	89,5 %
7,5 kW	90,4 %	92,6 %
15 kW	92,1 %	94,0 %

Wirkungsgrad nach IE-Klasse

7,5 kW IE390,4 %
7,5 kW IE492,1 %
15 kW IE392,1 %
15 kW IE493,6 %

Synchronservomotoren erreichen 90 bis 95 Prozent.

Baureihen von Siemens, Lenze und Baumüller

Siemens führt netzbetriebene Asynchronmotoren in der Reihe SIMOTICS GP 1LE1, größere Einheiten in der Reihe SIMOTICS SD. Für Servoachsen steht die Synchronreihe SIMOTICS S-1FK2 im Programm.

Asynchron- gegen Synchronmotor

Asynchronmotor

Typenleistung: 0,09–200 kW am Netz
Nennmoment: 0,3 bis über 10.000 Nm
Preisspanne netto: 150–2.500 Euro
Umrichter: optional
Wirkungsgradklasse: IE2 bis IE4

Synchronmotor

Typenleistung: 0,1–15 kW Servobauform
Nennmoment: 0,5–90 Nm Stillstand
Preisspanne netto: 400–4.000 Euro
Umrichter: zwingend
Wirkungsgradklasse: IE4 und besser

Bei Lenze finden sich die Produktdaten der Motorenbaureihen im Lenze Motorenprogramm. MCS: 0,25 bis 45 kW. Asynchron für Getriebe: 0,12 bis 45 kW. Preise typisch 300 bis 2.500 Euro.

Asynchronmotor

Typenleistung: etwa 0,09 bis 200 kW am Netz, Sonderausführungen darüber
Nennmoment und Stillstandsmoment: Nennmoment von etwa 0,3 Nm bis über 10.000 Nm
Preisspanne netto: etwa 150 bis 2.500 Euro für 0,55 bis 30 kW
Umrichter: optional
Wirkungsgradklasse: IE2 bis IE4

Synchronmotor

Typenleistung: etwa 0,1 bis 15 kW in Servobauform
Nennmoment und Stillstandsmoment: Stillstandsmoment von etwa 0,5 bis 90 Nm in Servobauform
Preisspanne netto: etwa 400 bis 4.000 Euro ohne Umrichter
Umrichter: zwingend
Wirkungsgradklasse: IE4 und besser

Die Preisangaben sind Nettopreise ohne Umsatzsteuer und ohne Umrichter, Geber oder Kühlkörper. Für die Auslegung zählt der Systempreis, nicht der Motorpreis allein.

Baumüller führt Synchronservomotoren der Baureihen DSD2 und DSC1 und listet sie samt Datenblättern unter Baumüller Elektromotoren neben Asynchronmaschinen. DSD2 und DSC1: 0,1 bis 15 kW. Asynchronmaschinen projektbezogen. Preise typisch 500 bis 3.000 Euro netto.

Drehmomentverlauf und Regelbarkeit

Der Asynchronmotor erzeugt sein Drehmoment über den Schlupf. Bei 50 Hz und vier Polen liegt die Nenndrehzahl knapp unter 1.500 Umdrehungen pro Minute, das Kippmoment beim zwei- bis dreifachen Nennmoment. Direkt am Netz nimmt er das Vier- bis Achtfache des Nennstroms auf, deshalb sind Stern-Dreieck-Schaltung oder Sanftanlasser üblich.

Der Synchronmotor stellt das Drehmoment proportional zum Ständerstrom bereit, ohne Schlupf. Die Drehzahl bleibt lastunabhängig, das Stillstandsmoment entspricht dem Nennmoment. Sein Rotor ist leichter, was schnellere Beschleunigungen erlaubt. Das passt zu Positionieraufgaben, Werkzeugmaschinenachsen und Vorschubantrieben.

Beide Typen lassen sich feldorientiert regeln. Der Asynchronmotor kommt häufig ohne Geber aus und bleibt im Feldschwächbereich belastbar. Der Synchronmotor regelt schneller, benötigt aber meist einen Geber und verliert bei Feldschwächung Wirkungsgrad.

Umrichterbedarf, Einsatzgrenzen und EU-Vorgaben

Ein Synchronmotor benötigt immer einen Umrichter, ein Asynchronmotor läuft direkt am Netz. Bei Pumpen, Lüftern und Förderern mit fester Drehzahl senkt das die Systemkosten. Bei drehzahlvariablen Antrieben liegen die Umrichterkosten für beide Typen in ähnlicher Größenordnung.

Die Niederspannungsrichtlinie 2014/35/EU regelt die Sicherheit elektrischer Betriebsmittel und gilt für beide Motortypen. Nachteile des Synchronmotors sind die feste Erregung mit begrenztem Feldschwächbereich, die Abhängigkeit von Selten-Erd-Magneten und hohe Kurzschlussströme. Der Asynchronmotor ist überlastrobuster, wiegt bei gleichem Moment mehr und arbeitet im Teillastbereich schlechter.

Auswahl in fünf Schritten

Lastkennlinie aufnehmen: Drehmoment über Drehzahl und zeitlichen Verlauf.
Betriebsart festlegenDauerbetrieb am Netz, drehzahlvariabel oder Positionierbetrieb.
Wirkungsgrad rechnenJahresenergiebedarf für IE3, IE4 und Synchronmotor vergleichen.
Systemkosten aufstellenMotor, Umrichter, Filter, Geber, Kühlung, Montage.
Randbedingungen prüfenBaugröße, Schutzart, Umgebungstemperatur, Wartung.

Beispielrechnung für Mehrkosten und Einsparung

Ein vierpoliger 7,5-kW-Motor läuft 4.000 Stunden im Jahr bei 75 Prozent Last. IE3 mit 90,4 Prozent Wirkungsgrad nimmt 6,22 kW auf, IE4 mit 92,6 Prozent 6,07 kW. Die Differenz von 0,15 kW ergibt rund 596 kWh jährlich.

Bei 0,20 Euro pro kWh sind das 119 Euro im Jahr. Kostet der IE4-Motor 300 Euro netto mehr, zuzüglich 19 Prozent Umsatzsteuer, rechnet sich der Aufpreis nach etwa drei Jahren.

Ein Synchronmotor mit 93 Prozent Wirkungsgrad und einem Umrichter mit 97 Prozent ergibt eine Systemaufnahme von 6,24 kW. Das liegt über dem IE3-Wert. Der Umrichter kostet typisch 500 bis 1.000 Euro netto. Der Synchronmotor rechnet sich nur bei regelbarer Drehzahl.

Häufige Fragen

Wann ist der Asynchronmotor die bessere Wahl?

Bei fester Drehzahl, rauer Umgebung, hoher Überlastfähigkeit und wenn kein Geber vorgesehen ist. Für Pumpen, Lüfter, Förderschnecken und Kompressoren bleibt er meist die wirtschaftlichste Lösung.

Welche Nachteile hat der Permanentmagnet-Synchronmotor?

Die Magnete sind teuer und rohstoffabhängig, der Feldschwächbereich ist begrenzt, ein Kurzschluss kann zur Entmagnetisierung führen. Der Umrichter muss die Rotorlage kennen.

Wann lohnt sich IE4 statt IE3?

Bei hoher Laufzeit und hoher Auslastung. Nach der Beispielrechnung rechnet sich der Aufpreis ab etwa 4.000 Betriebsstunden im Jahr in wenigen Jahren.