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gleichstrommotor [2010/04/29 18:32] (aktuell) |
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+ | ====== Gleichstrommotor (Gleichstrommaschine) ====== | ||
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+ | Unter einer Gleichstrommaschine versteht man einen [[Elektromotor]], | ||
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+ | Sie besteht aus einem unbeweglichen Teil, dem [[Stator]], und einem drehbar gelagerten Teil, dem [[Rotor]]. Die meisten Gleichstrommotoren sind als Innenläufer ausgeführt: | ||
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+ | ===== Aufbau ===== | ||
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+ | Schematische Darstellung der Arbeitsweise einer Gleichstrommaschine | ||
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+ | Die Wicklung des Ankers wird über den [[Kommutator]] angeschlossen. Die Kontakte (" | ||
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+ | Nach der Art der Schaltung von Rotor und Statorwicklung unterscheidet man: | ||
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+ | ===== Reihenschlussmaschine ===== | ||
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+ | Eine Abwandlung des Gleichstrommotors zur Nutzung mit Wechselstrom, | ||
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+ | Auch Hauptschlussmaschine genannt. Hier sind Erregerwicklung und Ankerwicklung in Reihe geschaltet. Dadurch wechseln Erregerfeld und Ankerstrom ihre Richtung synchron, so dass eine Speisung mit Wechselstrom möglich wird. Solche Maschinen wurden als Bahnantriebe (siehe Einphasenreihenschlussmotor) in Wechselstromnetzen eingesetzt. Unter dem Begriff Universalmotor oder Allstrommotor werden die Antriebe von Haushaltsmaschinen, | ||
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+ | Die Drehzahl von Reihenschlussmotoren ist stark lastabhängig. Sinkt das abgegebene [[Drehmoment]], | ||
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+ | ===== Nebenschlussmaschine ===== | ||
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+ | Bei der Nebenschlussmaschine oder [[Nebenschlussmotor]] sind Erreger- und Ankerwicklung parallel geschaltet. Ein Wechselspannungsbetrieb ist nicht üblich, da hierfür Erreger- und Ankerstrom in Phase sein müssten, d.h. Anker- und Erregerwicklung gleiche Induktivität (und [[Widerstand]]) haben müssen. Oft wird nicht zwischen Nebenschluss- und fremderregter Maschine unterschieden und dabei übersehen, dass eine Verringerung der Ankerspannung zu einer Feldschwächung führt. Die Drehzahl eines Motors mit Nebenschlussverhalten ist nahezu lastunabhängig. Nebenschlussmotoren können bei Unterbrechung des Erregerkreises durchgehen. | ||
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+ | ===== Verbundmaschine ===== | ||
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+ | Der Doppelschlussmotor (auch Verbund-oder [[Compoundmotor]] genannt) vereinigt die Eigenschaften des Neben- und des Reihenschlussmotors in einer Maschine. Er hat eine Reihenschluss- und eine Nebenschlusswicklung. Je nach Auslegung hat der [[Doppelschlussmotor]] unterschiedliches Betriebsverhalten. Bei richtiger Kompoundierung hat er ein etwas geringeres Anzugsdrehmoment als ein gleichwertiger [[Reihenschlussmotor]]. Seine Drehzahl sinkt dann bei Belastung etwas mehr ab, als die eines entsprechenden Nebenschlussmotors. Bei Leerlauf geht er nicht durch. Wird der Doppelschlussmotor überkompoundiert, | ||
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+ | Fremderregte Maschine: Hier werden Anker- und Erregerwicklung aus unterschiedlichen Spannungsquellen gespeist. Eine permanenterregte Maschine ist hier einzuordnen. Elektrisch erregte Maschinen können gut im Feldschwächebetrieb betrieben werden. | ||
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+ | Drehmomentschwankungen ergeben geringe Drehzahländerungen.. | ||
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+ | ===== Glockenanker-Maschinen ===== | ||
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+ | Vorderansicht eines Rotors einer Glockenanker-Maschine der Firma maxon motor ag | ||
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+ | Schema eines Glockenanker-Motors, | ||
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+ | Kleine Maschinen bis etwa 100 Watt mit [[Permanentmagnet]] können auch mit einem hohlen Rotor gebaut werden. Der Rotor ist eisenlos selbsttragend gewickelt und kunstharzgetränkt. So wird das Trägheitsmoment des Rotors verringert und der Motor kann schneller beschleunigen. | ||
+ | Der Stator, ein Permanentmagnet, | ||
+ | Durch den eisenlosen Aufbau des Rotors bildet der Motor kein Rastmoment aus, er lässt sich vollkommen frei drehen. | ||
+ | Da im Gegensatz zu allen anderen Motoren im Betrieb keine Eisenteile ummagnetisiert werden müssen, ist dieser Motor frei von Eisenverlusten und erreicht dadurch höhere Wirkungsgrade. | ||
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+ | Der [[Scheibenläufer]]motor ist ähnlich aufgebaut, allerdings ist die Wicklung nicht in Form eines Zylinders sondern als Scheibe ausgeführt. | ||
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+ | ===== Bürstenlose Gleichstrom-Maschinen ===== | ||
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+ | Nachteil der konventionellen Gleichstrommaschinen sind die Funken, welche bei den Bürsten entstehen („Bürstenfeuer“). Das Bürstenfeuer ist die Hauptursache für hochfrequente Störungen, die der Motor im Betrieb in das Leitungsnetz zurückspeist und die andere elektrische Verbraucher stören. Dies begrenzt auch die maximale Drehgeschwindigkeit, | ||
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+ | Dies umgeht die bürstenlose Gleichstrommaschine, | ||
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+ | Es gibt drei Arten: | ||
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+ | * Beim Schrittmotor wird ein konstanter Haltestrom eingeprägt, | ||
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+ | * Wie bei der bürstenbehafteten Gleichstrommaschine können die Phasen in Abhängigkeit von der Lage des Rotors geschaltet werden, die daher ständig gemessen wird z. B. mittels Hall-Effekt-Sensoren bei hochwertige Industriemotoren (z.B. Servomotoren). | ||
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+ | * Für z.B. den Antrieb eines Propellers reichen bei niedrigen Drehzahlen kleine Leistungen aus und es wird ein Schrittmotor verwendet. Sobald die Drehzahl steigt also Resonanz auftreten kann und das benötigte Drehmoment am Propeller größer wird, induziert der Motor praktischerweise auch eine messbare Spannung über die sich die Lage des Rotors ermitteln lässt. Diese Variante heißt im Englischen ' | ||
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+ | Die drei Spulenstränge des Stators werden über eine Brückenschaltung (mit Bipolartransistoren, | ||
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+ | Diese Maschinen sind wegen ihrer zusätzlichen Elektronik vergleichsweise teuer. Sie bieten jedoch eine Reihe von Vorteilen gegenüber konventionellen, | ||
+ | Auch die Kopftrommel in Videorekordern verwendet dieses Antriebskonzept. | ||
+ | Im Modellfahrzeugbereich sind sie bereits Standard. | ||
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+ | ===== Ankerrückwirkung ===== | ||
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+ | Da der Anker stromdurchflossen ist, bildet sich auch um diesen ein magnetisches Feld. Dieses verstärkt das Hauptfeld auf der einen Seite des Leiters und schwächt es auf der anderen. Insgesamt führt dies dazu, dass sich der neutrale Bereich, in dem die Polung des Stromes umgeschaltet werden muss, etwas verspätet, d.h. in Drehrichtung verschiebt. Da sich jedoch der Kommutator nicht anpasst (also stets senkrecht zu den Hauptfeldlinien umschaltet und nicht senkrecht zu den " | ||
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+ | ===== Gegenspannung ===== | ||
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+ | Der Rotor dreht sich im Motor innerhalb des Statorfeldes. Nach dem Generatorprinzip wird so in der Spule eine Spannung induziert. Diese induzierte Spannung wirkt der angelegten Netzbetriebsspannung und somit auch dem Rotorstrom entgegen, daher der Name Gegenspannung. | ||
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+ | Rotorstrom =(Betriebsspannung-Gegenspannung)/ | ||
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+ | Die Gegenspannung ist abhängig von der Drehzahl des Rotors. Bei Motorstillstand gibt es also keine Gegenspannung. Deshalb liegt an der Rotorspule die volle Betriebsspannung. Der Widerstand der Rotorspulen ist sehr klein und somit der Strom im Moment des Einschaltens sehr groß, ohne Begrenzung des Anlaufstromes würde also die Rotorspule zerstört oder das Netz überlastet werden. | ||
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+ | Drehzahl = Null; Gegenspannung = Null; Betriebsspannung = Spannung an der Rotorspule; Strom der Rotorspule sehr hoch. | ||
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+ | Der Anlaufwiderstand wird in Reihe zur Rotorspule geschaltet. Nach dem Hochlaufen wird dann der Anlaufwiderstand bis auf Null reduziert. | ||
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+ | Zu den Differentialgleichungen von Gleichstrommaschinen im Originalartikel: | ||
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+ | ===== Literatur ===== | ||
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+ | * Hans Otto Seinsch: Grundlagen elektrische Maschinen und Antriebe, B. G. Teubner Stuttgart 1999, ISBN 3-519-06164-3 | ||
+ | * Albach, Manfred: „Grundstudium der Elektrotechnik“, | ||
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+ | ====== Siehe auch: ====== | ||
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+ | * **[[Elektromotor]]** | ||
+ | * **Drehstrom-[[Asynchronmaschine]]** | ||
+ | * **Elektrischer [[Generator]]** | ||
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+ | ====== Links ====== | ||
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+ | * [[http:// | ||
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