Gleichstrommotor (Kommutatormotor) [Bearbeiten]
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Läufer eines Kommutatormotors; Kohlebürsten und Stator sind entfernt
Der (feststehende) Stator ist bei einem Gleichstrommotor ein Dauermagnet mit Polschuhen. Bei einem Wechselstrommotor besteht der Stator hingegen aus einem Elektromagneten. Wird Strom durch diesen Elektromagneten geleitet, entsteht ein Magnetfeld im Stator (Ørsted-Prinzip).
Im Inneren des Stators ist ein Rotor, der in den meisten Fällen aus einer Spule mit Eisenkern (dem sogenannten Anker) besteht, der drehbar im Magnetfeld zwischen den Polschuhen des Stators gelagert ist.
Die Stromzuführung für den Anker erfolgt über einen segmentierten Kommutator und Schleifkontakte (Kohlebürsten). Schickt man durch den Rotor Strom, entsteht auch hier ein Magnetfeld, das jetzt in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Stators tritt. Er dreht sich somit um seine Achse und schaltet über den sich mitdrehenden Kommutator immer die passenden Wicklungen in den Stromweg und kann so elektrische Arbeit in mechanische Arbeit umwandeln.
Hätte ein solcher Motor keinen Kommutator, würde sich der Anker so weit drehen, bis das Rotormagnetfeld zum Statorfeld gleichgerichtet ist. Damit er an diesem „toten Punkt“ nicht stehen bleibt, wird der Strom in den Ankerspulen mit Hilfe des Kommutators (auch Stromwender oder Kollektor genannt) bei jedem neuen Segment umgeschaltet. Der Kommutator besteht aus Metallsegmenten, die eine durch schmale Streifen nichtleitenden Materials (Kunststoff, Luft) unterbrochene Zylinder- oder Kreisfläche bilden. An den Segmenten sind die Ankerwicklungen angeschlossen. Am Kommutator liegen, durch Federn angedrückt, meist zwei Kohlebürsten an, die den Strom zuführen. Mit jeder Drehung des Rotors wird die Stromrichtung durch die Ankerwicklungen geändert und es gelangen diejenigen Leiter in das Magnetfeld des Stators, deren Stromfluss so gerichtet ist, dass ein Drehmoment erzeugt wird.
Das Magnetfeld im Rotor steht - relativ zum Stator - fest, der Eisenkern des sich drehenden Ankers muss daher zur Vermeidung von Wirbelströmen aus einem Blechstapel bestehen.
Nach diesem Prinzip können auch Wechselstrommotoren gebaut werden, wenn das Erregerfeld mit dem Wechselstrom ebenfalls seine Polung ändert (Universalmotor). Dann muss auch der Stator aus einem Blechpaket bestehen.
Wechsel- und Drehstrommotoren [Bearbeiten]
Bei Wechselstrom kann auch auf einen Kommutator verzichtet werden, wenn die Umdrehungszahl im Rhythmus des Wechselstromes erfolgt; das dann mit umlaufende Magnetfeld des Rotors wird dann:
* durch vom Erregerfeld induzierte Ströme in einer Kurzschlusswicklung (Asynchronmotor)
* durch Magnetisierung eines Eisenkernes mit Polen (Reluktanzmotor, Schrittmotor)
* durch Dauermagnete (Schrittmotor, elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, Synchronmotor)
* durch einen elektrisch erregten Läufer (siehe Synchronmaschine)
erzeugt.
Solche Motoren besitzen daher kein oder ein geringes Anlaufmoment; sie benötigen eine Anlaufhilfe, können jedoch mit Wechselstrom mit mehr als nur einer Phase auch selbst starten:
* Drehstrommotoren werden mit Drehstrom betrieben, der aus drei um 120° phasenverschobenen Wechselspannungen besteht und so ein Drehfeld erzeugt
* Kondensator- und Spaltpolmotoren erzeugen sich aus einem einphasigen Wechselstrom selbst eine Hilfsphase (ein Drehfeld) zum Anlauf.
* Schritt- und Reluktanzmotoren werden mit frequenzveränderlichem Wechselstrom und/oder mit mehreren Phasen betrieben, damit sie „im Tritt“ bleiben bzw. keine Schrittverluste auftreten.
* Synchronmotoren benötigen eine Starthilfe oder schaukeln/schwingen sich von selbst „in Tritt“.
Motorarten [Bearbeiten]
Drehfeld- und Wanderfeld-Maschinen [Bearbeiten]
* Drehstrommotor
o Drehstrom-Asynchronmaschine
o Drehstrom-Synchronmaschine
o Kaskadenmaschine
* Linearmotor
* Wechselstrommotoren:
o Kondensatormotor
o Spaltpolmotor
o Synchronmotor/Einphasenasynchronmotor
o Reluktanzmotor
* Schrittmotor
Stromwender- bzw. Kommutator-Maschine [Bearbeiten]
* Gleichstrommotor
* Universalmotor (für Gleich- und Wechselstrom)
* Repulsionsmotor
o permanent erregter Gleichstrommotor
o elektrisch erregter (fremderregter) Gleichstrommotor
+ Reihenschlussmotor
+ Nebenschlussmotor
+ Verbundmotor
o elektronisch kommutierter Gleichstrommotor
Elektromotoren in mobilen Anwendungen [Bearbeiten]
Elektromotoren werden in Kraftfahrzeugen und Bahnen seit langem angewendet. Gründe hierfür sind:
* hoher Wirkungsgrad (insbesondere auch bei Teillastbetrieb, wichtig bei Batteriebetrieb),
* maximales Drehmoment liegt bereits bei niedrigen Drehzahlen an und nimmt mit höheren Drehzahlen ab,
* keine Emissionen (Einsatz in Werkhallen (z. B. Gab