Prinzip des elektromotorischen AntriebsDer Elektromotor ist ein Energiewandler, der elektrische [[Energie]] inmechanische Energie, zum Antrieb von Maschinen, Fahrzeugen u. ä.umwandelt.
Das Prinzip des elektromotorischen Antriebs Dies geschieht mit Hilfe der Kraftwirkung zwischen einemMagnetfeld und einem stromdurchflossenen Leiter. Hauptteile sind derfeststehende Ständer (Stator) mit der Erregerwicklung und der drehbareLäufer (Rotor, Anker) mit der Ankerwicklung. Alle Elektromotoren könnenauch als Generator verwendet werden. Neben dem rotierenden Elektromotorgibt es auch den Linearmotor zu der Erzeugung von geradliniger Bewegung.
Gliederungsschwerpunkte:
1.0. Elektrische Antriebe === Wie funktioniert ein Elektromotor? ===
2Wird dem Elektromotor Strom zugeführt, entsteht am Metallring ein Minus-und ein Pluspol.0Da durch die Spulen ebenfalls ein Strom fließt, bildensich auch ein Nord- und ein Südpol. Elektromagnetische Induktion Dann wird der Südpol der einen, dem2.0festen Nordpol der anderen angezogen.1 Kurze Übersicht Elektromotoren Dort ist der Strom am Metallringunterbrochen (Totpunkt), die Spule aber dreht sich durch den Schwung2weiter.2 Wirkungsgrad von Motoren Dadurch wechselt der Strom am Metallring und somit auch die Polean den Spulen. Nordpol und Südpol stoßen sich ab und der Motor mach eine3.0halbe Drehung. Elektromotor
4.0. Gleichstrom 4.1. Gleichstrommotor allgemein 4.2. Gleichstrom-Reihenschlussmotor 4.3. Gleichstrom-Nebenschlussmotor 4.4. Gleichstrom-Doppelschlussmotor 4.5. Drehzahlregelbarer Gleichstrommotor 5.0. Wechselstrom 5.1. Einphasenwechselstrommotor 6.0. Drehstrom 6.1. Drehstrommotor allgemein 6.2. Drehstrom-Asynchronmotor 6.3. Drehstrom-Asynchronmotor Das Prinzip des elektromotorischen Antriebs 1. Elektrische Antriebe: Elektrische Antriebe bestehen im einfachsten Fall aus Elektromotor undArbeitsmaschine. Sehr oft jedoch kommen Elemente und Einrichtungen zurSteuerung zum Schutz des Antriebs hinzu. Die Auswahl der jeweils einzusetzenden Elektromotoren richtet sich nachAufgabenstellung, Stromart, Einsatzort und Betriebsart. Bei derBetriebsart unterscheidet man z.B. Dauer und Kurzzeitbetrieb. Bei nurkurzzeitigem Einschalten (z.B. Elektrorasierer) kann ein Motor kleinererLeistung als bei Dauerbetrieb gewählt werden, da in der kurzen Zeit nichtdie zulässige Grenztemperatur erreicht wird. Dabei ist jedoch dieangegebene Einschaltdauer ED (Verhältnis Einschaltzeit zu Einschalt- plusRuhezeit) zu beachten. 2. Die elektromagnetische Induktion Die elektromagnetische Induktion, ist die Erzeugung einer elektrischenSpannung mit Hilfe veränderlicher magnetischer Felder. Durch Bewegen eineselektrischen Leiters (Draht) in einem Magnetfeld entsteht an den Enden desLeiters eine sich mit dem Bewegungsrhythmus ändernde Induktionsspannungund beim Schließen des Stromkreises ein Induktionsstrom; darauf beruht derGenerator. Dasselbe kann bei festgehaltenem Draht durch ein zeitlichveränderliches Magnetfeld erreicht werden. Ebenso wird durch ein zeitlichsich änderndes elektrisches Feld ein Magnetfeld erzeugt, das anderemagnetische Substanzen anziehen oder abstoßen kann; darauf beruhen derMotor, der Fernsprecher, der Lautsprecher u. a. Werden zwei Drähteschichtweise übereinandergewickelt, so entsteht durch Vermittlung desMagnetfelds bei periodischen Änderungen der Spannung in dem einen Drahteine sich proportional dazu ebenso ändernde Spannung in dem anderen Draht;darauf beruhen Transformatoren, Induktionsapparat (Induktoren) undInduktionsöfen. Der Proportionalitätskoeffizient heißt derGegeninduktionskoeffizient (Gegeninduktivität). Schließlich kann eineDrahtspule auch auf sich selbst zurückwirken (Selbstinduktion), wodurcheine der angelegten Spannung entgegenwirkende Spannung entsteht, derenGröße durch den Selbstinduktionskoeffizienten (Induktivität) bestimmt wirdund die sich als induktiver Widerstand des Drahts gegenüber Wechselstromauswirkt. 2.0.1 === Begrifferläuterungen ===
Ständer
Anker
1. Teil von elektrischen Maschinen (Motor, Generator): Dwer Anker ist ein mit Nutenversehenes Blechpaket, das die Ankerwicklung aufnimmt; in dieser Wicklungwird vom magnetischen Feld eine [[Spannung ]] [[Induktion|induziert]]. BeiGleichstrommaschinen ist es meist (Außenpolmaschine) der Läufer, dessenWicklung über den Kommutator mit dem Gleichstromnetz verbunden wird, beiSynchronmaschinen (Innenpolmaschinen) meist der Ständer, dessen Wicklungmit dem Wechsel- oder Drehstromnetz verbunden wird. 2. Teil vonElektromagneten, der bei stromdurchflossener Erregerspule (Feldspule)angezogen wird und dabei eine Arbeit verrichten kann, z. B. bei Relais,Hubmagneten u. ä.
Kommutator
[der, Mehrzahl Kommutatoren; lateinisch] Stromwender, eine Vorrichtung an
elektrischen Generatoren und Elektromotoren aus ringförmig angeordneten,
gegeneinander und gegen die Läuferwelle Läufer[[welle]] isolierten Segmenten, die
einerseits paarweise mit je einem Anschluss der Ankerwicklung verbunden
sind, andererseits von einer Schleifbürste berührt werden, an die sich der
angeschlossen. Bei drei gleichen Verbrauchern fließt im Nulleiter kein
Strom. Die Spannung an jedem der drei Verbraucher ist 1/Ö (3) der Spannung
zwischen den Leitern des Drehstromnetzes, z. B. 220230/380 400 V.
Dreieckschaltung.
Läufer bei Wechselstromgeneratoren und Synchronmotoren (Generator).
2.1 Kurze Übersicht der Motoren
Motoren
Elektromotoren Verbrennungsmotoren Dampf Benzin Diesel Drehfeld- Stromwender- maschinen maschinen Wechseltrom- Drehstrom- Universalmotoren Gleichstrommotoren maschinen maschinen Reihenschlussmotor, Hauptschlussmotor, da Ankerstrom gleich Ständerstrom Synchronmotor: Drehfeldzahl = Läuferdrehzahl Asynchronmotor: Drehfelddrehzahl größer Läuferdrehzahl 2.2 Wirkungsgrad von Elektromotoren 3. Der Elektromotor Der Elektromotor ist ein Energiewandler, der elektrische Energie inmechanische Energie, zum Antrieb von Maschinen, Fahrzeugen u. ä.umwandelt. Dies geschieht mit Hilfe der Kraftwirkung zwischen einemMagnetfeld und einem stromdurchflossenen Leiter. Hauptteile sind derfeststehende Ständer (Stator) mit der Erregerwicklung und der drehbareLäufer (Rotor, Anker) mit der Ankerwicklung. Alle Elektromotoren könnenauch als Generator verwendet werden. Neben dem rotierenden Elektromotorgibt es auch den Linearmotor zu der Erzeugung von geradliniger Bewegung. Elektromotoren werden für Leistungen bis etwa 10 MW gebaut und vielseitigverwendet zum Beispiel für den Antrieb von Haushaltsgeräten, Büromaschinenund Elektrowerkzeuge aber auch Pumpen, Förderanlagen, Walzenstraßen undelektrischen Bahnen. Elektrische Motoren dürfen kurzzeitig über ihre Nennleistung hinausbelastet werde. Die Grenze dafür ist beim Gleichstrommotor die zulässigeBeanspruchung des Kommutators. Im Dauerbetrieb wird die Belastungsarbeitdurch die Wärme begrenzt. 3.1. Wie funktioniert ein Elektromotor? Wird dem Elektromotor Strom zugeführt, entsteht am Metallring ein Minus-und ein Pluspol. Da durch die Spulen ebenfalls ein Strom fließt, bildensich auch ein Nord- und ein Südpol. Dann wird der Südpol der einen, demfesten Nordpol der anderen angezogen. Dort ist der Strom am Metallringunterbrochen (Totpunkt), die Spule aber dreht sich durch den Schwungweiter. Dadurch wechselt der Strom am Metallring und somit auch die Polean den Spulen. Nordpol und Südpol stoßen sich ab und der Motor mach einehalbe Drehung. 4. == Gleichstrom: ===
elektrischer Strom gleichbleibender Richtung, im Gegensatz zum
der durch Gleichrichter oder Generatoren gewonnene Gleichstrom enthält
einen überlagerten Wechselstromanteil. Gleichstrom wird in der
Nachrichtentechnik zum Betrieb von [[Relais]], Wählern, Elektronenröhren und
Transistoren gebraucht, in der Starkstromtechnik für regelbare
Motorantriebe, vor allem in Maschinen und Elektro-Bahnen, und außerdem für
Spannung.
4.1. == Der Gleichstrommotor ==
Der Gleichstrommotor ist ein mit Gleichstrom gespeister und mit
besteht aus vielen Spulen, die meist in Nuten des Läuferblechpakets
eingelegt und deren Enden am Kollektor angeschlossen sind. Auf den
Kollektorlamellen schleifen die feststehenden Bürsten, über die der Ankerwicklung ein
Ankerstrom zugeführt wird. - Wenn der magnetische Fluss der Hauptpole
vorhanden ist, entsteht durch den in der Ankerwicklung fließenden Strom
durchflossen werden.
4.2. === Gleichstrom-Reihenschlussmotor: ===
Aufbau:
Motor im Leerlauf durchgeht ist er für Riemenbetrieb nicht geeignet.
4.3. Gleichstrom-Nebenschlussmotor:
=== Gleichstrom-Nebenschlussmotor===
Aufbau:
Fast gleichbleibende Drehzahl bei wechselnder Belastung.
4.4. === Gleichstrom-Doppelschlussmotor: ===
Aufbau:
Reihenschlussform ähnlich.
4.5. === Drehzahlregelbarer Gleichstrommotor: ===
Aufbau:
der Drehrichtung des Motors zur Folge haben.
5. === Der Wechselstrom ===
Der Wechselstrom ist ein elektrischer Strom, dessen Stärke und Richtung
sich periodisch ändern; wird durch Generatoren oder elektrische
Schwingungserzeuger (Sender) hergestellt. Eine Periode des Wechselstroms
umfaßt den Anstieg der [[Stromstärke ]] von Null auf den positiven Scheitelwert
(Maximalwert, Amplitude), den Abfall über Null und den negativen
Scheitelwert sowie den Anstieg wieder auf Null. Die Anzahl der Perioden
pro Sekunde gibt die [[Frequenz ]] des Wechselstroms an (in Hertz). Die Zahl
der Richtungswechsel (Wechselzahl) ist gleich der doppelten Periodenzahl.
Im allgemeinen ist der Strom- und Spannungsverlauf sinusförmig;
Abweichungen sind als Überlagerung einer sinusförmigen Grundwelle und
ihrer sinusförmigen Oberwellen aufzufassen. Die Anteile der verschiedenenOberwellen lassen sich durch die Fourier-Analyse bestimmen. Infolge der
regelmäßigen Schwankung der Stromstärke des Wechselstroms wirkt sich
dieser nicht mit dem Scheitel-, sondern mit dem Effektivwert (Scheitelwert
Wechselströme sehr hoher Schwingungszahl.
5.1. === Der Einphasenwechselstrommotor ===
Aufbau:
abgeschaltet.
6. === Der Drehstrom ===
Dreiphasenstrom, besondere Art von Wechselstrom; entsteht durch Verkettung
Stromart.
6.1. === Der Drehstrommotor ===
Der Ständer besteht hierbei im wesentlichen aus einem Ring, der aus vielen
inneren Oberfläche des Ständerblechpakets um.
6.2. === Der Drehstromasynchronmotor ===
Aufbau:
; heute: Vorteil - lässt sich durch Leistungselektronik in Drehzahl von 0
bis unendlich [[steuern]]
steuern - nur durch speisende Netzfrequenz (Frequenzumrichter)
- nur durch speisende Netzfrequenz (Freyuenzumrichter)
Formel zur Drehfelddrehzahl:
6.3. === Der Synchronmotor ===
Aufbau:
(Polrad), so entsteht ein Synchronmotor.
Eigenschaften: Der Läufer umläuft unabhängig von der Belastung die synchrone Drehzahl desStänderfeldes. Synchronmotoren haben konstante Betriebsdrehzahlen, diesich bei normalen Lastschwankungen nicht ändern. Die Höhe derStromaufnahme eines Synchronmotors richtet sich nach der Belastung an derWelle und der Größe des Erregerstromes in der Polradwicklung. DerSynchronmotor kann nicht (wie der Gleichstrommotor) bei Verstellung derErregung seine Drehzahl ändern. Ein untererregter Synchronmotor nimmtBlindleistung aus dem Netz auf; beim übererregten Synchronmotor sind dieBetriebsbedingungen umgekehrt. Wird der Synchronmotor stark überlastet, sobleibt er stehen und entnimmt dabei dem Netz einen unzulässig großenStrom. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Quellenangaben: Der Läufer umläuft unabhängig von der Belastung die synchrone Drehzahl des Ständerfeldes. Synchronmotoren haben konstante Betriebsdrehzahlen, die sich bei normalen Lastschwankungen nicht ändern. Die Höhe der Stromaufnahme eines Synchronmotors richtet sich nach der Belastung an der Welle und der Größe des Erregerstromes in der Polradwicklung. Der Synchronmotor kann nicht (wie der Gleichstrommotor) bei Verstellung der Erregung seine Drehzahl ändern. Ein untererregter Synchronmotor nimmt Blindleistung aus dem Netz auf; beim übererregten Synchronmotor sind die Betriebsbedingungen umgekehrt. Wird der Synchronmotor stark überlastet, so bleibt er stehen und entnimmt dabei dem Netz einen unzulässig großen Strom.
- VEB LeipzigQuellenangaben: "Kleine Enzyklopädie Technik"