Spis treści:
- 1 Arten von elektrischen Maschinen
- 2 Grundlagen des Betriebs elektrischer Maschinen
- 3 Unterteilung der elektrischen Maschinen
- 4 Komponenten elektrischer Maschinen
- 5 Grundlegende Parameter von elektrischen Maschinen
- 6 Gleichstrom-Elektromotoren
- 7 Mechanische Eigenschaften von Gleichstrommotoren
- 8 Typenschild von Gleichstrommaschinen
- 9 Symbole für Gleichstrommotoren
Elektrische Maschinen sind Geräte, die elektrische Energie nutzen, um mechanische Arbeit zu verrichten. Beispiele für elektrische Maschinen sind Elektromotoren, elektrische Generatoren, Transformatoren und andere elektrische Geräte, die in verschiedenen Bereichen der Wirtschaft und des täglichen Lebens eingesetzt werden. Je nach Art und Anwendung können elektrische Maschinen mit Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC) betrieben werden. Da das Thema elektrische Maschinen sehr breit gefächert ist, hat sich der Autor dieses Materials darauf konzentriert, allgemeine Informationen über elektrische Maschinen zu präsentieren und dabei den Gleichstrommotoren mehr Aufmerksamkeit zu schenken.
Arten von elektrischen Maschinen
Elektromotor – eine Maschine, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt.
Generator – eine Maschine, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
Grundlagen des Betriebs elektrischer Maschinen
Die Grundlage des Elektromotors ist das Phänomen einer elektrodynamischen Kraft, die auf einen elektrischen Leiter in einem Magnetfeld wirkt.
F = B I L sinα,
wobei:
F – elektrodynamische Kraft
B – magnetische Induktion,
I – Strom im Leiter,
L – die Länge des Teils des Leiters, der sich im Magnetfeld befindet,
α – der Winkel zwischen der Richtung des Stroms im Leiter und der Richtung der magnetischen Feldlinien.
Die Grundlage des Generatorbetriebs ist das Phänomen der Spannungsinduktion in einem Leiter , der sich in einem Magnetfeld bewegt.
e = B L v sinα,
wobei:
e – elektromotorische Kraft (induzierte Spannung),
B – magnetische Induktion,
L – die Länge des Teils des Leiters, der sich im Magnetfeld befindet,
v – die Geschwindigkeit, mit der sich der Leiter bewegt,
α – der Winkel zwischen der Richtung des Stroms im Leiter und der Richtung der magnetischen Feldlinien.
Unterteilung der elektrischen Maschinen
Nach Stromart und Funktionsprinzip werden elektrische Maschinen unterteilt in:
Wechselstrom-Maschinen
- synchrone Maschinen,
- Induktionsmaschinen (Asynchronmaschinen) – einphasig und dreiphasig
Gleichstrom-Maschinen
Kommutator-Maschinen
- Wechselstrom,
- Gleichstrom
Komponenten elektrischer Maschinen
- Stator – ein stationärer Teil der Maschine,
- Rotor – der rotierende Teil einer Maschine,
- Magnetisierer (Quelle des Magnetfeldes) – kann aus Elektromagneten oder Permanentmagneten bestehen,
- Anker – in ihm wird eine elektromagnetische Kraft (Generator) oder eine elektrodynamische Kraft (Motor) erzeugt.
Grundlegende Parameter von elektrischen Maschinen
- Nennspannung;
- Nennstrom;
- Nennleistung;
- Drehrichtung;
- Geschwindigkeit;
- Masse;
- Leistungsfaktor (Wechselstrom-Maschinen);
- Bemessungsfrequenz (Wechselstrom-Maschinen);
- Schutzgrad – den das Motorgehäuse bietet; dieser wird durch das IP-Symbol und zwei Ziffern angegeben. Die erste Ziffer gibt den Schutzgrad gegen den Kontakt mit gefährlichen Teilen und den Schutzgrad gegen das Eindringen von Fremdkörpern in den Motor an, während die zweite Ziffer den Schutzgrad gegen das Eindringen von Wasser in den Motor angibt;
- Betriebsart – Informationen über die zulässige Belastung des Motors, die Betriebsdauer und die für die Abkühlung des Motors erforderlichen Intervalle; es gibt 10 Betriebsarten, die durch die Symbole S1… S10 gekennzeichnet sind; wenn die Betriebsart nicht auf dem Typenschild angegeben ist, ist der Motor für den Dauerbetrieb ausgelegt;
- S1 Dauerbetrieb – zeitlich unbegrenzt bei konstanter Belastung,
- S2 Gelegenheitsbetrieb – kurze Arbeitszeit im Vergleich zum Aussetzer, der Motor kann mit höherer Last laufen,
- S3, S4, S5 intermittierender Betrieb – Laufzeiten und Pausen treten regelmäßig und abwechselnd auf, S3 – ohne Anlauf, S4 – mit Anlauf, S5 – mit Anlauf und Bremsen,
- S6, S7 ununterbrochener Zyklus, S6 – Last und Leerlauf abwechselnd, S7 – Start, Last und elektrische Bremsung abwechselnd,
- S8 ununterbrochener zyklischer Betrieb mit variabler Belastung und Drehgeschwindigkeit,
- S9-Betrieb mit nicht-periodischen Änderungen von Last und Schleuderdrehzahl.
- S10 intermittierender Lastbetrieb.
- Isolationsklasse – eine Buchstabenbezeichnung, die Auskunft über die maximale Betriebstemperatur des Motors gibt.
Gleichstrommotoren sind aufgrund ihrer zahlreichen Anwendungen in verschiedenen Bereichen wichtig und haben viele Vorteile, wie z.B. einfache Drehzahlregelung, hohes Drehmoment, einfache Konstruktion und hohe Effizienz. Daher sind Gleichstrommotoren heutzutage ein äußerst wichtiges Bauteil. Gleichstrom-Elektromotoren sind ein beliebter Motortyp, der in verschiedenen Arten von elektrischen Geräten eingesetzt wird. Vereinfacht ausgedrückt, funktionieren sie durch ein elektromagnetisches Phänomen, das den Rotor in einem Gehäuse in Drehung versetzt. Bei Gleichstrommotoren werden der Rotor und der Stator durch Gleichstrom angetrieben, was bedeutet, dass die Richtung und der Wert des Stroms konstant sind. Diese Motoren können aus einer Vielzahl von Materialien wie Eisen oder Kupfer hergestellt werden, die eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
Gleichstrom-Elektromotoren
Gleichstrommotoren sind in der Regel Kommutatormotoren. Sie bestehen aus:
- Stator mit Permanentmagneten oder Erregerwicklungen,
- Rotor mit Ankerwicklungen,
- einen Kommutator, der die Ankerwicklungen mit Strom versorgt,
- Bürsten, die die Versorgungsspannung über den Kommutator an die Ankerwicklungen weiterleiten.
Gleichstrommotoren mit Permanentmagneten oder mit einer Erregerwicklung, die von einer anderen Spannungsquelle gespeist wird als die Ankerwicklung, werden als fremderregte Motoren bezeichnet. Werden dagegen die Erreger- und die Ankerwicklung von derselben Spannungsquelle gespeist, spricht man von selbsterregten Motoren. Bei selbsterregten Motoren können die Erreger- und die Ankerwicklungen auf verschiedene Weise angeschlossen werden.
Typen von Kommutatormotoren
Reihe
Shunt
Reihen und Shunt
fremderregt
mit Dauermagneten
Klemmenbezeichnungen der Gleichstrommaschine
Wicklungstypen
Bezeichnungen der Klemmen
Ankerwicklung
Kommutierungswicklung
Kompensationswicklung
Erregerwicklung in Reihe
Shunt-Erregerwicklung
Fremderregungswicklung
Hilfswicklung in der Längsachse
Hilfswicklung in der Querachse
A1-A2
B1-B2
C1-C2
D1-D2
E1-E2
F1-F2
H1-H2
I1-I2
Um die Drehrichtung des Rotors zu ändern, muss der Klemmenanschluss einer der Wicklungen – Anker oder Erregung – geändert werden.
Mechanische Eigenschaften von Gleichstrommotoren
Die stationären Eigenschaften von Gleichstrommotoren werden durch ihre mechanischen Eigenschaften n = f(I) oder n = f(M) bestimmt.
Typenschild von Gleichstrommaschinen
Das Typenschild von Gleichstrommotoren enthält die folgenden Daten:
- Nennleistung (bei einem Motor ist dies die mechanische Leistung an der Maschinenwelle),
- Nennspannung des Ankers,
- Nennstrom des Ankers,
- Nennspannung der Erregung,
- Nennstrom der Erregung,
- Nenngeschwindigkeit,
- Isolationsklasse,
- der Name des Herstellers, die Serie und das Herstellungsjahr.
Symbole für Gleichstrommotoren
Fremderreger Motor
Nebenschlussmotor
Reihenmotor
Reihen- und Nebenschlussmotor
Dauermagnetmotor
Permanentmagnet-Linearmotor
Gleichstrommotoren werden hauptsächlich dort eingesetzt, wo eine präzise Drehzahlregelung, ein hohes Drehmoment und eine hohe Lebensdauer erforderlich sind. Sie werden häufig in Industriemaschinen, Gabelstaplern, Lüftern, Pumpen und anderen Geräten eingesetzt, da sie einen niedrigen Stromverbrauch haben und einfach zu bedienen und zu bauen sind.
