Experimentieren Sie mit virtuellen Testständen im:



Legen Sie Antriebe aus mit:

Elektrische Motoren

 

Übersicht

Der Elektromotor ist die zentrale Komponente eines jedes elektrischen Antriebes. Er dient im motorischen Betrieb als Energiewandler, der die zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie umsetzt. Im generatorischen Betrieb (z. B. bei Bremsvorgängen) kehrt sich der Energiefluss um. Die eingespeiste mechanische Energie wird dann in elektrische Energie umgewandelt und ins Netz zurückgespeist.
Die Anforderungen an Elektromotoren sind äußerst vielfältig. Nicht zuletzt deshalb haben sich sehr verschiedene Ausführungen von Motoren entwickelt. Folgende Übersicht dient zur Systematisierung der gebräuchlichsten Motoren:

Der Gleichstrommotor

Gleichstrommotoren zeichnen sich durch eine hohe Dynamik aus und sind relativ leicht zu regeln. Sie werden mit einer Gleichspannung beaufschlagt, deren Betrag und Polarität zum Zweck der Drehzahlbeeinflussung verändert wird. Konstruktionsbedingt verfügen Gleichstrommotoren über einen Kollektor auf der Rotorwelle. Über Bürsten wird die elektrische Energie auf den Kollektor und von dort in die Rotorwicklung übertragen. Die Bürsten sind einem Verschleiß unterworfen und müssen gewartet werden. In der eingeschränkten Robustheit und der fehlenden Wartungsfreiheit liegt der größte Nachteil des Gleichstrommotors.

 

Der Drehstrommotor

Das Funktionsprinzip von Drehstrommotoren beruht auf einem rotierenden Drehfeld. Dieses Drehfeld wird entweder unmittelbar aus einem mehrphasigen Drehstromsystem gespeist oder bei 2-phasiger Speisung durch Hilfskondensatoren erzeugt.

• Synchronmotoren
  Synchronmotoren verfügen über einen Rotor mit magnetischen Vorzugsrichtungen. Diese werden bei

• permanenterregten Motoren durch Permanentmagnete, die auf dem Rotor aufgebracht sind, erzeugt,
• bei elektrisch erregten Motoren durch eine stromdurchflossene Erregerwicklung hervorgerufen oder
• bei Reluktanzmotoren durch einen ungleichmäßigen Luftspalt (Nutung der Oberfläche) bzw. Läufer mit nichtmagnetischen Volumensanteilen

erreicht. Die magnetischen Vorzugsrichtungen sind durch die Konstruktion des Rotors festgelegt. Wird nun der Rotor dem Drehfeld des Stators ausgesetzt, richtet sich der Rotor nach dem magnetischen Feld des Stators aus und folgt diesem synchron. Zwischen der Winkelgeschwindigkeit des Statorfeldes und der Winkelgeschwindigkeit des Rotors herrscht Synchronität - daher der Name Synchronmotor.
Da die Winkelgeschwindigkeit des Statorfeldes von der Frequenz der speisenden Spannung abhängt, kann über eine Veränderung der Frequenz der speisenden Spannung eine Drehzahländerung des Rotors erreicht werden.

• Asynchronmotoren
  Asynchronmotoren sind sehr preiswert herzustellen und praktisch wartungsfrei. Sie können ohne Zusatzgeräte direkt am Netz betrieben werden, was zu einer sehr starken Verbreitung der Asynchronmotoren geführt hat.
  Asynchronmotoren verfügen über einen so genannten Kurzschlussläufer. Das heißt, dass die im Rotor des Asynchronmotors vorhandenen elektrischen Leiter kurzgeschlossen sind. Wird der Rotor dem magnetischen Feld des Stators ausgesetzt, wird in den kurzgeschlossenen Leitern des Rotors eine Spannung induziert, die wiederum einen Stromfluss bewirkt. Dieser Stromfluss hat den Aufbau eines magnetischen Feldes im Rotor zu Folge. Das Magnetfeld des Rotors tritt nun in Wechselwirkung mit dem Drehfeld des Stators. Die dabei auftretenden Kräfte rufen eine Drehbewegung des Rotors hervor.
  Um diesen Effekt aufrecht zu erhalten, muss zwischen dem Drehfeld des Stators und der Winkelgeschwindigkeit des Rotors eine Relativbewegung stattfinden. Beide verhalten sich zueinander asynchron - daher der Name Asynchronmotor.
  Wie bei Synchronmotoren kann über eine Veränderung der Frequenz der speisenden Spannung eine Drehzahländerung des Rotors erreicht werden. Um sie für dynamisch Anwendungen einsetzen zu können, sind jedoch aufwendige Regelverfahren erforderlich.