Wie funktioniert ein Elektromotor ?

In diesem Artikel schreibe ich darüber wie ein Elektromotor funktioniert . Wenn wir hier von einem Eletromotor sprechen, dann meine ich eine Gleichstrommaschine mit Kommutator ! Was ist ein Kommutator werden viele fragen . Hier erfährt ihr es !


Bevor wir uns der Funktionsweise eines Elektromotors widmen, sollten wir auf ein bildliches Hilfsmittel zurückgreifen !

Zuerst wollen wir eine Skizze einfügen, um es besser erklären zu können !

1. Stator : Der Stator (der feststehende Teil außen) wird entweder als Permanentmagnet ausgeführt , oder auch als Elektromagnet . Bei der Ausführung als Elektromagent ist an den Polschuhen (Im Bild N (Nordpol) und S (SüdPol) ) noch eine Erregerwicklung angebracht . Der Erregerstrom (Strom der durch die Erregerwicklung fließt) erzeugt das Feststehende Magnetische Feld !
2. Rotor : Der Rotor besteht aus 2 Bürsten (e und f) die auf den Kommutator schleifen (c,d). Die Ankerwicklung (a,b) wird über die Bürsten im Motorbetrieb mit Strom gespeißt . Im Generatorbetrieb dienen die Bürsten der Stromentnahme .

Funktionsweise :

Der Stator erzeugt ein ruhendes Magnetfeld . Wie oben beschrieben geschieht dies mit Hilfe einer Erregerwicklung die um die Polschuhe angebracht ist (Ist im Bild nicht eingezeichnet , gehört aber rund um N und S gewickelt) .

Die Ankerwicklung ist vom Ankerstrom durchflossen . Dieser Strom wird über die Bürsten (Die auf den Kommutator schleifen) eingespeist. Ein Stromdurchflossener Leiter erfährtt eine Kraftwirkung im Magnetfeld (Lorentzkraft). Man kann auch sagen der stromdurchflossene Leiter erzeugt ein Magnetfeld, welches dem Magnetfeld des Stators entgegenwirkt ! Bei geeigneter Lagerung der Leiterschleife (einfachste Form der Wicklung = 1 Leiterschleife)  (a,b ) entsteht ein Drehmoment , welches den Rotor „antreibt“ ! Der Motor dreht sich !

Im generatorischen Betrieb wirkt dieses entstehende Drehmoment gegen das Drehmoment der Welle .

Die Welle befindet sich in der Mitte der Anordnung (skizze innerhalb des Kommutators) und dient beim Motor zur Übertragung des Moments (Anschluss an z.B. Antriebsräder) und beim Generator zur Aufnahme des Moments (z.B.: Wasserrad)

Der Kommutator erfüllt die Funktion eines Mechanischen Wechselrichters bei Motor-Betrieb .

zur Erklärung :

Die Leiterschleife (Der Rotor) dreht sich auf Grund der Wechselwirkung mit dem Feststehenden (vom Stator erzeugten) Feld um seine eigene Achse. Der Kommutator dreht sich mit und schaltet immer wieder die passende Wicklung in den Stromweg . Bei nur einer Leiterschleife wechselt hier die Stromrichtung .

Ohne Kommutator, würde sich der Anker so weit drehen , Bis das Magnetfeld des Rotors und das Magnetfeld des Stators gleich gerichtet sind . (In unserem Beispiel wäre das der Fall wenn die Leiterschleife in der Horizontale liegen würde)

Liegt unsere Leiterschleife (a,b) in der Horizontalen, dann haben wir einen Kurzschluss zwischen den beiden Segmenten (Kommutaturlamellen des Kommutators . (Die Induzierte Spannung beträgt dann 0 V) .

Kurz nach diesem Nulldurchgang wird der betrachtete Leiter gegensinnig vom Strom durchflossen und das Spiel beginnt von vorne !

Hier sehen sie die Funktionsweise eines Elektromotors anhand einer Simulation (Sie sehen auch sehr schön wie der Kommutator den Strom gleich richtet )  (Positives Lastmoment = Motor-Betrieb , Negatives Lastmoment = Generatorbetrieb ) –> Zur Simulation

Bildquelle : http://www.wikiweise.de/wiki/Gleichstrommaschine