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Elektrische Maschinen Pulsweiten Modulation Gleichstromm Drehzahl
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Elektrische Maschinen Pulsweiten Modulation Gleichstromm Drehzahl
Guten Tag, Im Anhang Infos ( Text und Link )zu Ihrem Thema,viel Erfolg!
Gruss L.Huchter
Inhaltsverzeichnis l Elektrische Maschinen
1.1 Gleichstrommaschinen 1.1.0 Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren 1.1.1 Mechanischer Aufbau der Gleichstrommaschinen 1.1.2 Anschlußbezeichnungen von Gleichstrommaschinen, Feldstellern und Anlassern 1.1.3 Bestimmung der Drehrichtungen von Gleichstrommaschinen 1.1.4 Funktion der Gleichstrommaschinen 1.1.5 Erregerarten der Gleichstromgeneratoren 1.1.6 Betriebsarten
1.3 Gleichstrommotoren 1.3.1 Wirkungsweise Stromdurchßossene Leiterschleife im Magnetfeld, Anlassen des Gleichstrommotors, Nebenschlußmotor, Reihenschlußmotor, Universalmotor, Doppelschlußmotor, Fremderregter Motor, Drehzahlsteuerung von Gleichstrommotoren, Leonardschaltung, Leistungsmessungen, Verluste und Wirkungsgrade
1.3.2 Funkentstörung 1.3.3 Bremsschaltungen von Gleichstrommotoren 1.3.4 Scheibenläufermotor
1.5 Asynchronmaschinen für Dreiphasenwechselstrom 1.5.1 Drehfeld 1.5.2 Schleifringläufermotor Aufbau, Wirkungsweise, Betrieb/Betriebsverhalten, Drehmomente, Leistungsschild 1.5.3 Kurzschlußläufermotor Aufbau, Wirkungsweise, Anlauf, Hochlauf 1.5.4 Asynchronlinearmotor Aufbau, Wirkungsweise, Magnetschwebebahn 1.5.5 Anlaßverfahren der Drehstrom-Asynchronmotoren von Kurzschlußläufermotoren, von Schleifringläufermotoren, allgemeine Bestimmungen über Anlassen von Asynchronmotoren 1.5.6 Elektrische Bremsungen von Drehstrom-Asynchronmotoren Gegenstrombremsung, Gleichstrombremsung 1.5.7 Drehzahlsteuerungen von Drehstrom-Asynchronmotoren durch Beeinflussung des Schlupfes, durch Änderung der Frequenz, durch Änderung der Polpaarzahlen nach konventioneller bzw. nach neuester Methode (PAM-Wicklungen) 1.5.8 Spannungsumschaltungen von Drehstrom-Asynchronmotoren 1.5.9 Betriebliche und praktische Gegenüberstellungen von Kurzschlußläufermotoren und Schleifringläufermotoren Vorteile des Kurzschlußläufermotors gegenüber dem Schleifringläufermotor, Vorteile des Schleifringläufermotors gegenüber dem Kurzschlußläufermotor 1.5.10 Elektrische Welle Aufbau und Schaltungsweise, Wirkungsweise der einfachen Wellenschaltung
1.6 Asynchronmaschinen für Einphasenwechselstrom 1.6.1 Aufbau 1.6.2 Wirkungsweise Einschaltmoment, Anlauf 1.6.3 Spezieller Hilfsstrang 1.6.4 Spaltpolmotor Aufbau, Wirkungsweise 1.6.5 Drehstrom-Asynchronmotor am Einphasennetz Steinmetzschaltung
1.7 Synchronmaschinen 1.7.1 Aufbau Außenpolmaschine, Innenpolmaschine, Dämpferwicklung, Erregermaschine 1.7.2 Wirkungsweise des Synchrongenerators Leerlauf, Belastung 1.7.3 Parallelschaltung Synchronisiervorgang, Prüfung der Phasenlage, Lastverteilung 1.7.4 Wirkungsweise des Synchronmotors Anlaufbedingungen, Betriebsverhalten, Phasenschieber 1.7.5 Synchron-Kleinstmaschinen Synchron-Kleinstmotor, Drehstrom-Reluktanzmotor 1.7.6 Schrittmotoren Funktionsbegriff, Aufbau, Betriebsverhalten, Schrittfrequenz, Schrittwinkel
3 Drehzahlverstellung elektrischer Antriebe 3.1 Grundbegriffe der Stromrichtertechnik 3.1.1 Steuern der Energieflußrichtung 3.1.2 Einteilung der Stromrichter nach der Art der Kommutierung 3.1.3 Schutz von Stromrichtern 3.1.4 Ungesteuerte Stromrichter (Gleichrichter) 3.1.4.1 Einpulsschaltung (Einwegschaltung) Ml 3.1.4.2 Zweipuls-Mittelpunktschaltung M 2 3.1.4.3 Zweipuls-Brückenschaltung B 2 3.1.4.4 Dreipuls-Mittelpunktschaltung M 3 3.1.4.5 Sechspuls-Brückenschaltung (Drehstrom-Brückenschaltung) B 6 3.1.5 Dimensionierungshinweis für Gleichrichterschaltungen 3.1.5.1 Spannungsbeanspruchung der Dioden 3.1.5.2 Strombeanspruchung der Dioden 3.1.5.3 Sicherungsauslegung
3.2 Gesteuerte Stromrichter für Gleichstrommotoren 3.2.1 Impulssteuersatz 3.2.2 Halb- und vollgesteuerte Stromrichterschaltungen 3.2.3 Gleichrichterbetrieb 3.2.4 Wechselrichterbetrieb 3.2.5 Wechselrichtertrittgrenze 3.2.6 Zweipulsige vollgesteuerte Brückenschaltung B 2 3.2.7 Sechspulsige Brückenschaltung B 6 3.2.8 Halbgesteuerte Brückenschaltung B 2 HZ 3.2.9 Aufbau eines geregelten Stromrichters 3.2.10 Zusammenwirken von Stromrichter und Motor 3.2.10.1 Gleichstrom-Nebenschlußmotor 3.2.10.2 Motor und Stromrichter 3.2.10.3 Drehrichtungs- und Momentenumkehr mit Stromrichtern 3.2.11 Einsatzbereich von Gleichstrom-Nebenschlußmotoren 3.2.12 Gleichstromumrichter (Gleichstromsteller) 3.2.12.1 Funktion eines Gleichstromstellers 3.2.12.2 Steuerung der Ausgangsspannung 3.2.12.3 Einsatz von Gleichstromstellern 3.2.12.4 4-Quadranten-Betrieb mit mechanischer Umschaltung 3.3 Drehzahlsteuerung des Drehfeldmotors/Drehstrommotors mittels Frequenzumrichtern 3.3.1 Wechsel- und Drehstromsteller für Induktionsmotoren 3.3.1.1 Steller für Wechselstrommotoren 3.3.1.2 Steller für Drehstromkurzschlussläufermotoren 3.3.2 Drehzahlsteuerung beim Drehstrom-Schleifringläufermotor 3.3.2.1 Untersynchrone Stromrichterkaskade (USK) 3.3.3 Umrichter mit Zwischenkreis 3.3.3.1 Umrichter mit Stromzwischenkreis 3.3.3.2 Umrichter mit Spannungszwischenkreis 3.3.3.3 Pulsumrichter (Umrichter mit konstanter Zwischenkreisspannung)
Elektrische Maschinen
Unter einer elektrischen Maschine versteht man allgemein Generator oder auch Elektromotor. Der Generator wird von einer Arbeitsmaschine angetrieben und wandelt somit mechanische in elektrische Energie um. Der Motor treibt eine Arbeitsmaschinen an und wandelt somit elektrische in mechanische Energie um. Je nach Spannungsarten werden in der Praxis Gleich- und Wechselstrommaschinen eingesetzt.
1.1 Gleichstrommaschinen DC
1.1.1 Mechanischer Aufbau der Gleichstrommaschinen
Die Gleichstrommaschine ist mechanisch ähnlich der bekannten Drehstrommaschine aufgebaut und besteht aus Stator und Rotor. Bei der Gleichstrommaschine nennt man dies Ständer und Anker. Der Anker ist stets derjenige Teil, in dessen Wicklungen Spannungen induziert werden. Hierbei kann der Anker als drehender oder ruhender Teil ausgeführt werden. So gehört z.B. die Gleichstrommaschine zu den Aussenpolmaschinen, hierbei ist der rotierende Teil der Anker. Bei der Synchronmaschine (Innenpolmaschine) ist der Ständer der Anker, der drehende Teil das Polrad.
Mechanischer Aufbau Ständer: Polkörper, Erregerwicklung, Wendepolwicklung, Bürstenhalter, Kohlebürsten, Lagerschilde, Gleitlager, Anschlussbrett
Anker: Ankerkörper, Ankerwicklung, Welle, Stromwender, Lüfter
a) Ständer (Magnetgestell) Er stellt den ruhenden Teil der Maschine dar. Er wird aus massivem Werkstoff (Stahl-, Grauguss oder auch Aluminium) in einem Stück oder in geschweisster Bauweise bzw. Aluminiumstrangguß hergestellt. Durch das Joch erfolgt der magnetische Rückfluss. Im Inneren der Maschine befinden sich die ausgeprägten Hauptpole mit den dazugehörenden Erregerspulen. Bei mittleren und grösseren Maschinen werden zwischen den Hauptpolen die Hilfs- oder Wendepole angeordnet. Auf den Wendepolen ist die mit dickem Draht ausgeführte Wendepolwicklung angeordnet, die in Gegenreihe zum Anker geschaltet ist. Zur Vermeidung der Wirbelstromverluste müssen die Polschuhe der Hauptpole aus geschichteten Dynamoblechen zusammengesetzt werden, die gegenseitig durch Lack oder Zunderung (früher auch Papier) isoliert werden.
Aus fertigungstechnischen Gründen werden oftmals die gesamten Hauptpole aus geschichteten Dynamoblechen hergestellt.
Die Wicklungsanschlüsse (Erreger- und Ankerwicklung) werden zum Anschlussbrett herausgeführt und dort je nach Schaltungsart miteinander verbunden.
b) Anker
Der genutete Ankerkörper ist aus Dynamoblechen zusammengeschichtet, um ebenfalls Wirbelstrombildung zu verhindern. Die von den Nuten aufgenommene Ankerwicklung wird je nach Strombelastung als Runddraht oder Profilstab ausgeführt. Wegen der grossen Fliehkräfte muss die Wicklung in den einzelnen Nuten durch Stäbe aus Isoliermaterialien , Kunststoffen oder Holz, gesichert werden. Meistens wird um die komplette Ankerwicklung noch eine zusätzliche Bandage aus Draht, Fieberglas o.ä. gezogen. Die Ankerwicklung ist in sich geschlossen und besteht aus einzelnen Teilspulen. Durch die räumlich angeordneten einzelnen Ankerspulen werden im konstanten Magnetfeld Wechselspannungen induziert, die gegeneinander zeitlich verschoben sind. Der Anfang einer Spule und das Ende der nächsten werden in die Lötfahne einer Stromwenderlamelle (Kollektor) geführt und dort durch Weich- oder Hartlot verbunden.
Der Wickeldraht kann mit veschiedenen Materialien isoliert sein. Die Isolierstoffe sind nach VDE 0530 in Klassen eingeteilt. Diese Klassen sind nach Buchstaben, jedoch nicht alphabetisch, geordnet. Die wichtigsten Bezeichnungen sind: Klasse B - Dauertemperatur max. 130°C, F - 155°C, H - 180°C, C - >180°C.
Ein Datenblatt, Liste 001x, erhalten Sie auf Wunsch.
Die Ankerwicklung kann als ohmscher Widerstand mit — je nach Polzahl und Wicklungsart — zwei bzw. mehreren parallelen Ankerzweigen aufgefasst werden.
c) Stromwender Der Stromwender (Kollektor, Kommutator) besteht aus einzelnen in Umfangsrichtung angeordneten Hartkupferlamellen. Die Lamellen sind einzeln und gegen die Welle durch Glimmerzwischenlagen, Mikanitplatten oder anders isoliert. Bei kleinen Maschinen wird der Stromwender auf die Welle gepresst, bei grossen Maschinen wird er zusätzlich durch eine Passfeder (Wellenkeil) gesichert.
Er hat die Aufgabe, die induzierte Wechselspannung in der Ankerwicklung in die Gleichspannung des Netzes umzuformen. Die elektrische Verbindung zwischen Stromwender und dem ruhenden Teil wird durch Kohlebürsten aus Graphit oder Kupferbronce hergestellt. Diese befinden sich im Bürstenhalter, die es gestatten, je nach Bedarf den geforderten Druck der Bürste (etwa 2 N • cm-2) auf den Stromwender einzustellen.
Durch die dauernde Berührung sind die Kohlebürsten, die Kollektoren und durch den Abrieb auch die Anker störanfällig und bedürfen einer regelmässigen Wartung. Der Stromwender ist damit ein empfindlichen Bauteil der Gleichstrommaschine.
1.1.a Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren DC
Nebenschlußmotoren: Im Normalfall verwendet man heute zur Drehzahlregelung bei Nebenschlußmotoren Thyristorstromrichter. (Siehe Abschnitt 3.1 und 3.2) Hiermit wird im Allgemeinen die Ankerspannung von Null bis zur Nennspannung und damit die Nenndrehzahl von Null bis zum Maximum verändert. Bei größeren Geräten sind normalerweise bereits Feldschwächgeräte integriert, mit denen die Feldspannung und damit die Magnetisierung in der Feldwicklung reduziert werden kann. Hierdurch erhöht sich die Drehzahl über die Nenndrehzahl hinaus.
Achtung Unfallgefahr ! Die Drehzahl darf nur auf die maximal angegebenen Werte des Typenschildes erhöht werden. Eventuell ist Rückfrage beim Hersteller erforderlich. Es droht die Zerstörung der Maschine.
Vorsicht Unfallgefahr ! Die Anschlußleitungen zur Feldwicklung bei Nebenschlußmotoren müssen sorfältig und bruchsicher verlegt werden, da beim Lösen der Leitungen Feldschwächung eintritt und der Motor durchgeht, d.h. sich die Drehzahl über die zulässige Grenze hinaus erhöht. Es droht die Zerstörung der Maschine.
Reihenschlußmotoren: Hier ist die Drehzahl belastungsabhängig. Die Motoren dürfen nicht ohne Belastung betrieben werden.
Vorsicht Unfallgefahr ! Es ist darauf zu achten, daß alle Kraftverbindungen überdimensioniert und ständig gewartet werden, da der Motor ebenfalls durchgeht, wenn er nicht belastet wird. Es droht die Zerstörung der Maschine.
Absicherung gegen Zerstörung: Einbau von Drehzahlüberwachungsgeräten
1.1.2 Anschlussbezeichnungen von Gleichstrommaschinen, Feldstellern und Anlassern Die Anschlussbezeichnungen für Gleichstrommaschinen sind in den VDE-Vorschriften 0570 festgelegt worden. z.B.:
A1-A2 (früher A-B) = Anker B1-B2 (früher G-H) = Wendepolwicklung C1-C2 = Kompensationswicklung D1-D2 (früher E-F) = Reihenschlußwicklung E1-E2 (früher C-D) = Nebenschlußwicklung für Selbsterregung F1-F2 (früher I-K) = Fremderregte Feldwicklung usw.
a) Feldsteller Soll die Spannung eines fremderregten Generators, Nebenschluss- oder Doppelschlussgenerators bei Belastung konstant gehalten werden, schaltet man in Reihe mit der Erregerwicklung einen Feldsteller. Der Feldsteller ist ein hochohmiger, veränderlicher Widerstand. Er wird auch für Drehzahländerungen von Gleichstrommotoren angewendet. Wird der Feldsteller vor das Erregerfeld geschaltet, sind die Anschlußbezeichnungen folgende:
1. Anschluß t an positiven Netzpol (L+) oder an positiven Ankeranschluß; 2. Schleifer s an Nebenschlußwicklungsanschluß E l oder fremderregte Wicklung Fl; 3. Kurzschlußkontakt q an negativen Netzpol (L-) oder negativen Ankeranschluß. Der Kurzschlußkontakt q hat hierbei die Aufgabe, beim Abschalten des Erregerstromes die Wicklung kurzzuschließen und somit eine Gefährdung der Wicklung durch zu hohe Selbstinduktionsspannung und den damit verbundenen starken Lichtbogen auszuschließen. b) Anlasser
Im Gegensatz zum Feldsteller wird der Anlasser als relativ niederohmiger Vor- oder Begrenzungswiderstand in Reihe mit dem Anker geschaltet. Im Einschaltaugenblick des Motors begrenzt dieser Widerstand den Anlaufstrom bei normaler Vollast etwa auf das l,5fache des Nennstromes. Normale Anlasser sind nur für S2-Betrieb ausgelegt, dürfen also nur zum Anlassen verwendet werden. Die Anschlüsse des Anlassers sind:
L = Anschluß vom positiven Netzpol L+ R = Anschluß zum Anker (Rotor) M = Anschluß zur Nebenschlußwicklung (Magnetfeld) c) Stellanlasser (Steueranlasser)
Häufig werden Anlasser und Feldsteller zu einer Baueinheit zusammengefügt. Die ersten Kontakte sind Anlasserstufen, die letzten Kontakte werden dem Feldsteller zugeordnet. Mit den Anlaßstufen begrenzt man den Anlaßspitzenstrom und steuert zusätzlich die Motordrehzahl bis zur Nenndrehzahl. Mit dem Feldsteller führt man eine Feldschwächung durch und erreicht damit eine Drehzahländerung über Nenndrehzahl.
Der Stellanlasser wird in der Praxis für Nebenschluß- und Doppelschlußmotoren eingesetzt. Die Drahtquerschnitte müssen für Dauerbelastung ausgelegt sein.
1.1.3 Bestimmung der Drehrichtungen von Gleichstrommaschinen
Die Drehrichtung für Generator und Motor wird von der Antriebsseite bzw. Abtriebsseite (Wellenseite) bestimmt. Normalerweise werden die Maschinen in der Praxis für Rechtslauf (Uhrzeigersinn) ausgelegt. In Sonderfällen muß die Richtung der Maschine angegeben werden. Bei den Schaltbildern von Gleichstrommaschinen kann die Drehrichtung nicht wie gewöhnlich nach der Generator- oder Motorregel bestimmt werden;
hier gelten besondere Bestimmungen. Gleichstrommaschine von der der Stromwenderseite entgegengesetzten Seite aus Kurzschlußläufer von der Abtriebsseite aus
a) Generator
Durchfließt der Strom die Erregerwicklung in alphanumerischer Reihenfolge (F 1—F2), wird die Ankerklemme A l bei Rechtslauf der positive Pol.
Achtung ! Bei Drehrichtungsänderung können bei selbsterregten Generatoren nur die Ankeranschlüsse vertauscht werden. Ein Vertauschen der Feldanschlüsse ist nicht möglich, sie würde eine Zerstörung der Remanenz mit sich bringen. Nur bei fremderregten Generatoren können die Feldanschlüsse geändert werden. Trotz Drehrichtungsänderung muß die Polarität des Netzes unbedingt erhalten bleiben.
Bei Generatoren wird die Ankerwicklung als Energieerzeuger betrachtet, die Richtung des Stromes läuft von A l oder A 2 zum Netz. Die Erregerwicklung wird als Energieverbraucher angesehen, der Strom fließt von F l nach F 2. b) Motor Fließt der Strom in alphanumerischer Folge durch Anker- und Erregerwicklung, erhält der Motor den Drehsinn «Rechtslauf». Wird die Stromrichtung in der Anker- oder Erregerwicklung vertauscht, so ändert man die Drehrichtung. Werden beide Stromrichtungen verändert, bleibt die Drehrichtung erhalten.
Bei den Motoren wird sowohl die Anker- als auch die Erregerwicklung als Energieverbraucher betrachtet. Der Strom fließt bei Rechtslauf in alphanumerischer Reihenfolge vom Netz zum Motor durch die Wicklung. 1.1.4 Funktion der Gleichstrommaschinen (Generator bzw. Motor) Die Gleichstrommaschinen können sowohl als Generator wie auch als Motor eingesetzt werden. In den Grundschaltungen bleiben beide Maschinen gleich.
a) Generator
Der Generator wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um. Er muß von einer Kraftmaschine angetrieben werden, damit durch Drehbewegungen Feldlinien geschnitten werden und somit in den Ankerleitern die Urspannung U0 entsteht.
Die Generatorregel lautet:
Hält man die rechte Hand so, daß die Feldlinien vom Nordpol her auf die Innenfläche der Hand auftreffen und der abgespreizte Daumen in die Bewegungsrichtung zeigt, so fließt Induktionsstrom in der Richtung der ausgestreckten Finger.
Wird der Generator belastet, fließt durch die Ankerwicklung mit dem inneren Widerstand Ri, der Belastungsstrom IA, der den inneren Spannungsfall IA • Ri verursacht. Die an den Klemmen A l und A 2 zur Verfügung stehende Klemmenspannung UKL ist um den Betrag des inneren Spannungsfalls geringer. Der Unterschied von U0 — UK1 = /a • Ri ist erforderlich, um den Strom IA durch den Innenwiderstand zu treiben. Der innere Spannungsfall ist der Urspannung U0 entgegengerichtet, die somit höher als die Klemmenspannung sein muß. Nach dem Ohmschen Gesetz für Gleichstrommaschinen lautet die Spannungsformel für den Generator:
UKl = U0- IA-Ri, wobei Ri = innerer Gesamtwiderstand ist, der von /A durchflossen wird.
Bei Generatoren ist der «Drehwille» (Gegendrehmoment) immer entgegengesetzt der Antriebsdrehrichtung
Die Lenzsche Regel lautet:
Jeder von einer induzierten Spannung hervorgerufene Strom ist so gerichtet, daß sein Magnetfeld die erzeugende Bewegung hemmt. Wird die Spannungsformel UKl = U0 — IA • Ri mit dem Ankerstrom IA multipliziert unter Berücksichtigung der Erregerverluste, ergibt sich die Leistungsformel für normale Generatoren (Nebenschluß- und Doppelschlußgeneratoren) UKl • INetz = U0 • IA - IA2 • Ri - Ie2 • RNebenschluss U0 • Ia= Ankerleistung
UKL • INetz= Netzleistung (Nennleistung)
IA2 • Ri= innere elektrische Verluste
Ie2 • RNebenschluß= Verluste Nebenschlußfeld
Die genormten Netzspannungen sind 110 V, 220 V und 440 V. Um die Spannungsverluste in den Zuleitungen zum Verbraucher auszugleichen, werden die Generatorspannungen über 110 V um etwa 5% erhöht, z.B. 115 V, 230 V und 460 V. b) Motor Der Unterschied zwischen Generator und Motor besteht lediglich in der Stromrichtung bzw. zwischen dem Spannungsunterschied der Klemmenspannung UKL, und der induzierten Gegenspannung u0 bei Belastung. Da der Motor im Gegensatz zum Generator elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, muss die Klemmenspannung um den inneren Spannungsfall IA • Ri grösser sein als die induzierte Gegenspannung Uo. Die elektrische Energie fliesst vom Netz zum Motor. Die Spannungsformel für den Motor lautet:
UKL= u0+ia•Ri Beim Motor wirkt das Drehmoment der angetriebenen Maschine dem inneren Motor-Drehmoment entgegen. Die Leistungsformel lautet: UKL• INetz= U0• IA + IA2 • Ri + Ie2 • RNebenschluss Zusammenfassung Gleichstrommaschinen können je nach Stromrichtung und äusserer Schaltung ihre Energieform in die eine oder in die andere Richtung umformen.
Sollen die Nenndaten der Maschine erhalten bleiben, muss der Generator, als Motor betrieben, eine höhere Ankerspannung erhalten. Bei Überführung in den Generatorzustand muss die Antriebsdrehzahl oder der magnetische Fluss erhöht werden.
1.1.5 Erregerarten der Gleichstromgeneratoren
Die verschiedenen Erregerarten der Gleichstromgeneratoren unterscheiden sich hinsichtlich der Erzeugung des magnetischen Feldes. Man unterscheidet grundsätzlich drei verschiedene Erregerarten:
a) Fremderregung
Wird der Erregerstrom einer fremden Spannungsquelle (z.B. Batterie. Gleichstromgenerator) entnommen, so wird die Maschine fremderregt.
b) Selbsterregung
Die gebräuchlichste Erregerart ist die Selbsterregung. Durch den Restmagnetismus der Hauptpole und des Joches wird in der Ankerwicklung des hochfahrenden Generators eine geringe Spannung induziert (etwa 2 bis 4°/o der Nennspannung). Diese reicht aus, um den Generator auf seine volle Klemmenspannung zu erregen. Die Spannung schaukelt sich auf. Ein Fehlen der Selbsterregung kann folgende Ursachen haben:
1. Falsche Drehrichtung des Generators. 2. Das Erregerfeld ist dem Restmagnetismus durch den Erregerstrom entgegengerichtet. 3. Kein Restmagnetismus vorhanden. Man unterscheidet drei Arten von Selbsterregungen: 1. Reihenschlusserregung. 2. Nebenschlusserregung. 3. Doppelschlusserregung.
c) Eigenerregung
Unter Eigenerregung versteht man die Erregung einer Hauptmaschine durch einen selbsterregten Generator. Beide Maschinen sind direkt mechanisch durch eine Welle bzw. über Treibriemen, Ketten- oder Zahnradtrieb miteinander verbunden und werden nur eigens für diesen Zweck verwendet.
1.1.6 Betriebsarten Die Betriebsarten von elektrischen Motoren werden lt. VDE 0530 «Regeln für elektrische Maschinen» in verschiedene Belastungsgruppen eingeteilt. Die Motoren müssen so bemessen werden, dass die zulässigen Wicklungstemperaturen bei den jeweiligen Arbeitsverfahren nicht überschritten werden. Um den Motor auch bei Schaltbetrieb voll ausnutzen zu können, wird für die Nennleistung die mittlere quadratische Leistung eingesetzt. Die mittlere quadratische Leistung wird aus folgender Formel bestimmt: ________________________ Pm = Ö ((P²1 * t1 + P²2*t2)/(t1 + t2))
Belastungsdauer t = t1 + t2 Zeit der Ruhepause = tr Spieldauer = t + tr Bei der Bestellung oder Planung dieser Motoren gibt die relative Einschaltdauer ED das Verhältnis von Belastungsdauer zur Spieldauer an.
ED = Belastungsdauer/(Belastungsdauer + Pause) * 100%
ED = t / (t +tr ) * 100%
ED = Belastungsdauer / Spieldauer * 100%
Die Normwerte für die relative Einschaltdauer sind 15%, 25%, 40%, 60%, bezogen auf eine Spieldauer von max. 10 min. Eine abweichende Spieldauer muß auf dem Leistungsschild der Maschine angegeben werden. Wird eine elektrische Maschine vor der vorhandenen Nennleistung im Dauerbetrieb (S1) auf eine Betriebsart mit aussetzendem Betrieb umgerechnet, kommt folgende Formel zur Anwendung:
P²1 * ED1 = P²2 * ED2
Beispiel
Ein Drehstrommotor P1 = 8 kW, für Dauerbetrieb (ED1 = 100%) ausgelegt, soll für eine relative Einschaltdauer von ED2 = 40% und 10 min. Spieldauer eingesetzt werden. Wie groß darf die Leistung P2 des motors sein ? Wie lange sind Belastungsdauer und Pause ? ___________ P2 = P1 * Ö (ED1 / ED2) ___________ P2 = 8 kW * Ö (100% / 40%) = 8 kW * 1,58 = 12,64 kW
ED = Belastungsdauer/(Belastungsdauer + Pause) * 100%
Belastungsdauer = (ED/100%) * Spieldauer
Belastungsdauer = (40%/100%) * 10 min. = 4 min.
Pause = Spieldauer - Belastungsdauer
Pause = 10 min. - 4 min. = 6 min.
Bemerkung Dieser Motor mit einer Nennleistung von 8 kW kann durch die kurzzeitige Belastung von 4 min. Belastungsdauer in seiner Motorleistung um das 1,58fache erhöht werden. Ebenso kann ein kurz-ED-Motor mit entsprechend verminderter Leistung dauerbelastet werden.
(Das Datenblatt Betriebsarten mit Angaben über S1 bis S8, Liste-Nr. 001y kann auf Wunsch bezogen werden.)
1.1.7 Bauformen der elektrischen Maschinen (Ein Datenblatt, Liste- Nr. 001x steht auf Wunsch zur Verfügung)
1.1.8 Schutzarten (Ein Datenblatt, Liste- Nr. 001y steht auf Wunsch zur Verfügung)
1.3 Gleichstrommotoren DC
13.1Wirkungsweise 1.3.1.1 Stromdurchflossene Leiterschleife im Magnetfeld
Befindet sich eine drehbare, Stromdurchflossene Leiterschleife im Magnetfeld, erfährt diese eine Ablenkung, deren Richtung nach der Motorregel (linke Hand) bestimmt ist. Die Motorregel lautet:
Hält man die linke Hand so, dass die Feldlinien vom Nordpol in die Innenfläche der Hand eintreten und die ausgestreckten Finger in Stromrichtung zeigen, so zeigt der abgespreizte Daumen die Ablenkrichtung des Leiters an. Erreger- und Ankerfeld bilden zusammen ein resultierendes Magnetfeld, das ein Drehmoment M = 2 • F • R am Ankerumfang ausübt. Das entwickelte Drehmoment ist gleich dem angenäherten Produkt aus Magnetfeld 0 und Ankerstrom /A. M ~F• /A Nach dem Induktionsgesetz entsteht in der Leiterschleife eine Induktionsspannung, wenn diese durch Drehbewegung von Kraftlinien geschnitten wird. Diese Spannung ist beim Motor die Gegenspannung U0 (beim Generator die induzierte Spannung U0), die der Ursache, der angelegten Klemmenspannung UKL, entgegenwirkt (Lenzsche Regel). Die Richtung der Gegenspannung wird nach der Generatorregel (rechte Hand) bestimmt. Ihre Grösse ist vom Magnetfeld 0 und der Drehzahl n der Leiterschleife abhängig. u0 ~ F • n Wird die Leiterschleife mit dem Stromwender verbunden, findet in der neutralen Zone eine Kommutierung statt, so dass die Stromrichtungen unter dem Nord- und Südpol gleich bleiben. Deshalb entsteht eine fortlaufende Rotation. Das gleiche Prinzip liegt auch bei mehreren Leitern in einem lamellierten und genuteten Ankerkörper vor. Ein Vertauschen der Anschlüsse von Erregerwicklung oder Leiterschleife ruft eine Drehrichtungsumkehr hervor. 1.3.1.2 Anlassen des Gleichstrommotors
Beim direkten Einschalten von grösseren Gleichstrommotoren (etwa ab l kW Nennleistung) treten erhebliche Stromerhöhungen auf. die eine Beschädigung der Stromquelle, des Netzes bzw. der Ankerwicklung des Motors zur Folge haben können. Der Grund des hohen Einschaltstromes liegt in der fehlenden induzierten Gegenspannung U0. Im Stillstand wird der Strom allein durch den sehr kleinen Ankerwiderstand RA begrenzt. Durch Vorschalten eines Anlasswiderstandes zum Ankerkreis kann der Anlassspitzenstrom auf ein Mindestmass begrenzt werden. Der Einschaltstrom wird nach dem Ohmschen Gesetz der Gleichstrommaschine bestimmt.
Sobald sich der Anker dreht, wird eine Gegenspannung u0 induziert. Der Anlasswiderstand wird nun stufenweise abgeschaltet, die Spannungsdifferenz zwischen Klemmenspannung UKL und Gegenspannung u0 wird verringert. Je nach Verwendungszweck kommen in der Praxis zur Ausführung:
a) Anlasser für Kurzzeitbetrieb (normales Anlassen) b) Anlasser für Dauerbetrieb (normales Anlassen und Drehzahlsteuerung bis Nenndrehzahl).
Im Leerlauf (unbelasteter Zustand) ist die Gegenspannung fast gleich der Klemmenspannung. Der innere Spannungsfall DU = UKl — U0 lässt nur einen geringen Strom fliessen. Sobald der Anker durch ein Gegenmoment von aussen belastet wird, verringert sich die Drehzahl und damit gleichzeitig die Gegenspannung. Der innere Spannungsfall wird grösser und somit auch der Ankerstrom. Dieser wird aber benötigt, damit der Motor bei grösserer Belastung das Gegenmoment überwinden kann. Die Gegenspannung gilt als eigentlicher Regulator des Motors. Sie passt sich den Belastungsverhältnissen an und regelt automatisch die Stromaufnahme des Motors.
Die normal verwendeten Stromrichter (siehe 3.1 - 3.2) beinhalten bereits einen Sanftanlauf mit Stromreduzierung, da die Spannung automatisch langsam hochgeregelt wird.
1.3.1.3 Nebenschlussmotor
Beim Nebenschlussmotor ist die Erregerwicklung E1—E2 parallel zur Ankerwicklung Al-B2 geschaltet. Beide Wicklungen liegen unmittelbar an der gleichen Netzspannung. In Reihe mit dem Anker liegt der Anlasswiderstand (Begrenzungswiderstand), der den Ankerstrom IA auf das geforderte Mass begrenzt. Die Erregerwicklung (Nebenschlusswicklung) liegt schon beim Einschaltvorgang an voller Netzspannung und wird durch den Erregerstrom Ie sofort voll erregt. Das Magnetfeld ist somit nicht vom Belastungsstrom und der Drehzahl des Ankers abhängig.
Ein Nebenschlussmotor erreicht deshalb im Anlauf mit konstantem Magnetfluss (ohne Einfluss der Ankerrückwirkung) sein höchstes Drehmoment M ~ IA.
Im Gegensatz zum Reihenschlussmotor, dessen Drehmoment quadratisch mit dem Strom ansteigt, werden diese Motoren nur für Antriebe verwendet, die im Anlauf ein kleines bis mittleres Gegenmoment überwinden müssen.
Im Anlaufmoment ist der Anlasswiderstand voll eingeschaltet, und das Magnetfeld ist in voller Höhe erregt. Am Anlasswiderstand fällt dabei der größte Teil der Netzspannung ab, der Rest am Anker.
Nach der Formel n ~ U0 / Fverhält sich die Motordrehzahl bei konstantem Magnetfeld 0 linear zur induzierten Gegenspannung uo im Anker n ~ U0 .
Aus dieser Erkenntnis heraus kann mit dem Anlasswiderstand die Drehzahl des Motors bis zur Nenndrehzahl gesteuert werden.
Der Nachteil dieser unwirtschaftlichen Drehzahlsteuerung liegt in der grossen Verlustleistung im Anlasser (PV = IA2 • RV), wodurch sich ein schlechter Gesamtwirkungsgrad ergibt.
Im Nennbetrieb erhält der Anker die volle Netzspannung nach der Formel
n ~ (UKl - IA • Ri) / F Die Motordrehzahl wird durch die Differenz U0 = UKl - IA • Ri bestimmt. Der SpannungsfallIA- Ri, zwischen Leerlauf und Nenndrehzahl bei konstanter Klemmenspannung stellt einen kleinen Wert dar. Der Motor bleibt in seiner Drehzahl fast konstant. Eine wirtschaftliche Drehzahlsteuerung wird durch Drehzahlerhöhung erreicht, indem das Magnetfeld der Nebenschlusswicklung durch einen Feldsteller geschwächt wird. Bei konstanter Netzspannung und konstantem Ankerstrom /A lautet die Formel n ~ 1/F, d.h., die Drehzahl ist umgekehrt proportional dem Magnetfeld F. Bei einer Schwächung des Erregerfeldes wird die induzierte Gegenspannung u0 im Augenblick geringer. Die erhöhte Spannungsdifferenz (Spannungsverlust in der Maschine) D U = UKl - u0im Anker treibt einen grösseren Ankerstrom durch den Ankerkreis, was wiederum ein grösseres Motormoment zur Folge hat. Die Drehzahl steigt so lange an, bis der Ankerstrom IA wieder so weit zurückgeht, dass das Motormoment ausreicht, um das Lastmoment zu überwinden. Eine Feldschwächung hat immer einen Rückgang des Motormoments zur Folge; die Leistungsminderung wird durch die Drehzahlerhöhung wieder ausgeglichen. Wird bei einem leerlaufenden Nebenschlussmotor das Feld sehr stark geschwächt, steigt die Drehzahl entsprechend an; der Motor geht durch. In Sonderfällen wird der Motor mit einer Hilfsreihenschlusswicklung ausgelegt, um ein unstabiles Drehzahlverhalten durch die Ankerrückwirkung zu vermeiden.
Vorsicht Unfallgefahr ! Die Anschlußleitungen zur Feldwicklung bei Nebenschlußmotoren müssen sorfältig und bruchsicher verlegt werden, da beim Lösen der Leitungen Feldschwächung eintritt und der Motor durchgeht, d.h. sich die Drehzahl über die Nenndrehzahl erhöht.
Zusammenfassung
a) Der Nebenschlussmotor ist im mechanischen Aufbau wie der Nebenschlussgenerator ausgeführt. b) Die Drehzahl ändert sich kaum mit Belastung: Der Motor ist in seinem Drehzahlverhalten sehr stabil. Der Nebenschlussmotor wird dort eingesetzt, wo eine gleichmässige Drehzahl erforderlich ist, z.B. bei Werkzeugmaschinen und Personenaufzügen.
c) Die Drehzahlsteuerung kann sowohl unterhalb sowie oberhalb der Nenndrehzahl erfolgen. d) Eine Drehrichtungsumkehr wird meistens im Ankerkreis mit einem Wendeschalter vorgenommen. Der Anlasswiderstand muss mit der Erregerwicklung leitend (galvanisch) verbunden werden, damit im Ausschaltaugenblick die hohe Selbstinduktionsspannung der Wicklung über dem Anlasser und Ankerkreis kurzgeschlossen wird. 1.3.1.4 Reihenschlussmotor
Beim Reihenschlussmotor liegen Anker- und Erregerwicklung in Reihenschaltung und werden somit vom gemeinsamen Strom / durchflossen, der gleichzeitig Erregerstrom /E und Ankerstrom /A ist.
Im Leerlauf (bei Entlastung) hat der Motor sein geringstes Moment zu überwinden. Somit ist auch der aufgenommene Strom / sehr gering. Er wird nach folgender Formel bestimmt:
I = (UKl - U0) / (RA + RW + RH)
RA = Widerstand der Ankerwicklung
RW= Widerstand der Wendepolwicklung
RH= Widerstand der Hauptwicklung
Der geringe Strom baut nur ein geringes Erregerfeld auf. Um die Gegenspannung aufrechtzuerhalten, die wegen der geringen Spannungsfälle nur wenig kleiner als die Klemmenspannung ist, muss die Drehzahl entsprechend hohe Werte annehmen. Die angenäherte Formel lautet (wie beim Nebenschlussmotor):
u0 ~ F • n n ~ U0 / F
Vorsicht Unfallgefahr ! Die Drehzahl verhält sich bei konstanter Klemmenspannung umgekehrt zum Magnetfeld F . Der Reihenschlussmotor kann deshalb im Leerlauf eine hohe Drehzahl annehmen, so dass der Anker durch die hohen mechanischen Beanspruchungen (Fliehkräfte) gefährdet ist; er geht durch. Um dies zu vermeiden, muss der Reihenschlussmotor immer mit der anzutreibenden Maschine direkt oder starr gekuppelt werden. Im Anlauf fliesst durch die Erregerwicklung ein kräftiger Strom, der ein starkes Erregerfeld aufbaut.
Im Gegensatz zum Nebenschlussmotor, dessen Drehmoment linear mit dem Ankerstrom bei konstantem Magnetfeld steigt, wird bei einem Reihenschlussmotor (im ungesättigten Bereich des Eisens) das Motormoment quadratisch mit dem Ankerstrom ansteigen M ~ I2, da das Magnetfeld sich proportional mit dem Strom ändert (M ~ F • I, F ~ I, M ~ I • I => M ~ I2) .
Das treibende Motormoment ist im Anlauf daher sehr gross; so benötigt der Motor für ein vierfaches Nenndrehmoment nur eine zweifache Nennstromaufnahme aus dem Netz.
Reihenschlussmotoren haben deshalb von allen Gleichstrommotoren das höchste Drehmoment. Sie werden vorwiegend für schwere Lasten verwendet. (Auch als Fahrmotoren, Bahnen etc.)
Zum Anlassen des Motors kann wie bei jedem Gleichstrommotor ein veränderbarer Anlasswiderstand vorgeschaltet werden. Seine Drehzahl kann damit bis zur Nenndrehzahl gesteuert werden.
Zusammenfassung
Anker- und Erregerwicklung liegen in Reihe und werden vom gemeinsamen Strom I durchflossen. Die Erregerwicklung wird wegen des starken Belastungsstromes mit wenigen Windungen und starkem Querschnitt ausgeführt. Die Drehzahl ändert sich sehr stark bei Belastung. Im Leerlauf neigt der Motor zum Durchgehen und darf deshalb nur starr verbunden werden. Im Anlauf entwickelt er ein kräftiges Moment. Die Veränderung der Motordrehzahl kann folgendermassen vorgenommen werden: Drehzahlerhöhung durch Nebenwiderstand zur Erregerwicklung oder Anzapfung der Erregerwicklung. Drehzahlminderung durch Vorwiderstand oder Reihenschaltung von zwei Motoren (Bahnmotoren). Der Reihenschlussmotor findet Anwendung bei Strassenbahnen, bei Elektrokarren, bei Schnellbahnen, bei Hebezeugen, als Autoanlasser. 1.3.1.5 Universalmotor AC + DC Der Universalmotor ist ein kleiner Reihenschlussmotor, der sowohl mit Gleichstrom als auch mit einphasigem Wechselstrom bei normaler Netzfrequenz betrieben werden kann. Man nennt ihn deshalb auch Allstrommotor. Da öffentliche Netze fast nur noch Wechselstrom führen, wird der Universalmotor in erster Linie hierfür dimensioniert.
Er unterscheidet sich in der Bauform vom normalen Gleichstrommotor durch das gedrungene Ständerpaket, das mit den Polschuhen ein Stück bildet. Zur Vermeidung der Wirbelströme beim Betrieb von Wechselspannung ist das Ständerpaket aus Dynamoblechen zusammengeschichtet.
Die Erregerwicklung ist symmetrisch zum Anker aufgeteilt. Hierdurch wirken die Teilspulen der Erregerwicklung wie Drosselspulen, die zur Funkentstörung beitragen. Aus technischen und rationellen Gründen wird der Anker mit seiner Wicklung maschinell hergestellt.
Im Gegensatz zum Einphaseninduktionsmotor, dessen synchrone Drehfelddrehzahlen durch Netzfrequenz und Polpaarzahl bestimmt werden, können mit dem Universalmotor Drehzahlen über 3.000 min-1 bis 30.000 min-1 erreicht werden.
Da bekanntlich die Erregerwicklungen bei Wechselspannung neben dem ohmschen einen induktiven Widerstand besitzen, ist der Spannungsabfall an ihnen grösser; Drehzahl und Leistung gehen daher beim Übergang von Gleich- auf Wechselspannung um etwa 15% zurück.
Soll in Sonderfällen für beide Spannungsarten bis etwa 6.000 min-1 die Leistung konstant gehalten werden, wird die Erregerwicklung mit Anzapfungen (Zusatzwicklungen) ausgeführt. Beim Gleichstrombetrieb erhält der Motor einige Windungen mehr als bei Wechselstrombetrieb.
In seiner Wirkungsweise verhält sich der Universalmotor wie ein normaler Gleichstrom-Reihenschlussmotor. Bei starker Belastung fliesst in der Anker- und der Erregerwicklung ein hoher Belastungsstrom. Beide Wicklungen erzeugen kräftige magnetische Felder, so dass der Motor in der Lage ist, ein starkes Drehmoment im Anlauf und im Betrieb zu entwickeln. Bei Entlastung werden der Strom und damit die Magnetfelder schwächer. Der Motor entwickelt dadurch eine höhere Drehzahl und kann durchgehen. Aus Sicherheitsgründen wird in einigen Fällen auf die Motorwelle ein Fliehkraftschalter montiert, der bei kritischen Drehzahlen den Motor abschaltet oder einen ohmschen Widerstand zuschaltet. Eine einfache grobstufige und unwirtschaftliche Drehzahlsteuerung ist wie bei jedem Gleichstrommotor der Vorwiderstand. Eine feinstufige, aber ebenfalls nicht verlustlose Drehzahlsteuerung wird durch die Barkhausenschaltung erreicht. Ein ohmscher Widerstand wird als Potentiometer so geschaltet, dass ein Teil als Vorwiderstand Rv, der andere als Parallelwiderstand Rp zur Ankerwicklung liegt.
So neigt der Motor bei Leerlauf nicht mehr zum Durchgehen, er verliert dadurch den starren Reihenschlusscharakter. Motorwicklungen und Widerstand müssen aufeinander abgestimmt werden. Für spezielle Drehzahlsteuerungen, z.B. bei Handbohrmaschinen, wendet man heute Phasenanschnittsteuerungen durch Thyristoren oder Triac an.
Zusammenfassung
Der Universalmotor ist stets ein Reihenschlussmotor. Dadurch wirken die Erregerwicklungen wie Drosseln und bewirken eine Funkentstörung. Zusätzlich wird der Motor mit einem Breitbandentstörer entstört. Da die räumlichen Abmessungen sehr gering sind, können keine Wendepole untergebracht werden. Zur Behebung des Läuferquerfeldes werden die Bürsten um l bis 2 Stromwenderlamellen aus der neutralen Zone gegen die Drehrichtung verschoben. Diese hochtourigen Kleinstmotoren mit ihren Drehzahlen von 1500 min-1 bis 30000 min-1 sind in ihrer Leistung auf etwa 2000 W begrenzt. Die Anwendung des Motors ist sehr vielseitig, z.B. für Handbohrmaschinen, Haushaltsmaschinen (Staubsauger, Mixer usw.) 1.3.1.6 Doppelschlussmotor Der mechanische Aufbau des Doppelschlussmotors entspricht dem eines Doppelschlussgenerators. Die Erregerwicklungen werden gewöhnlich so geschaltet, dass sie sich in ihrem magnetischen Verhalten unterstützen (normalkompoundiert). Im unbelasteten Zustand (Leerlauf) verhält er sich wie ein Nebenschlussmotor mit konstantem Magnetfluss F . Ein Durchgehen ist deshalb bei Entlastung nicht möglich.
Bei Belastung wird die Reihenschlusswicklung vom belastungsabhängigen Ankerstrom durchflossen, das Nebenschlussfeld wird zusätzlich durch das Reihenschlussfeld unterstützt. Der Motor erhält ein gutes Anzugsmoment bei belastungsabhängiger Drehzahl. Doppelschlussmotoren besitzen deshalb keine so steife Drehzahlkennlinie wie der normale Nebenschlussmotor und kein so hohes Drehmoment wie der Reihenschlussmotor. Je nach Ausführung und Anwendung der Erregerwicklungen kann die eine oder andere Charakteristik des Motors annähernd erreicht werden.
In Sonderfällen wird die Reihenschlusswicklung so geschaltet, dass sie der Nebenschlusswicklung entgegenwirkt (gegenkompoundiert). Dieses Verfahren ist nur dort anzuwenden, wo der Motor eine stabile Drehzahl bei veränderlicher Belastung (bis zur Nennlast) erreichen soll. Die Gegenkompoundierung soll möglichst vermieden werden, denn mit stärkerer Belastung wird auch das Hauptfeld schwächer, und das Drehmoment des Motors nimmt ab.
Bei grossen Belastungsstössen kann notfalls das Gegenmoment nicht mehr überwunden werden, die Stromaufnahme aus dem Netz steigt durch die fehlende Gegenspannung in der Ankerwicklung an, die Sicherungen sprechen an.
Zusammenfassung
Beim Doppelschlussmotor werden die Nebenschluss- und Reihenschlusswicklungen gemeinsam auf einem Polkern untergebracht und am Anschlussbrett geschaltet. Das Anschlussbrett erhält gegenüber anderen Gleichstrommotoren 6 Klemmenanschlüsse. Die Nebenschlusswicklung kann auch durch eine fremderregte Wicklung ersetzt werden. Bei der Wicklung F l — F 2 hat man am Anschlussbrett nur noch eine Brücke. Anwendung findet der Doppelschlussmotor dort, wo Leerlauf und Stossbelastungen zu erwarten sind, z.B. bei Pressen, Stanzen, Scheren. Durch sein weiches Drehmoment-Drehzahl-Verhalten bei Belastung passt er sich gut den Arbeitsbedingungen an. Die Drehzahl des Motors kann, wie bei jedem Gleichstromnebenschlussmotor, durch einen Anlasswiderstand oder Feldsteller verändert werden. 1.3.1.7 Fremderregter Motor Der fremderregte Motor benötigt getrennte Spannungsquellen für den Anker- und Erregerkreis. Er ist im mechanischen Aufbau wie der Nebenschlussmotor ausgeführt. Statt der Anschlussbezeichnung E l — E 2 erhält er die Bezeichnung F l — F 2. Zusätzlich müssen auf dem Leistungsschild die Erregerspannung und der Erregerstrom angegeben werden. Fremderregte Motoren werden z.B. als Spielzeugmotoren für kleine Leistungen mit Dauermagneten versehen. Da Anker- und Erregerkreis galvanisch getrennt sind, bleibt bei einem Spannungsrückgang am Anker das Erregerfeld konstant.
Dadurch bleibt die Drehzahl im Vergleich zum Nebenschlussmotor stabiler. Ausserdem neigt der fremderregte Motor weniger zum Durchgehen als der Nebenschlussmotor. Eine Drehzahländerung ist wie bei jedem Gleichstrommotor durch Anker- und Feldsteuerung möglich. Fremderregte Motoren werden heute dort verwendet, wo bei gleichbleibendem Nenndrehmoment die Drehzahlabweichung zwischen Leerlauf- und Nenndrehzahl gering sein soll, z.B. bei Leonardschaltung. Da es heute nur noch selten klassische Gleichstromnetze gibt, werden die Gleichstrommotoren meistens von Wechselspannung (Drehspannung) über Gleichrichtersätze gespeist. (siehe 3.1-3.2)
Vorsicht Unfallgefahr! Auch hier gilt: Die Fremderregungsspannung darf nicht unterbrochen werden. Durch die eintretende Feldschwächung würde der Motor durchgehen.
Wird statt eines Anlassers ein Stelltransformator für den Ankerkreis verwendet, so kann auf einfache Weise die Drehzahlsteuerung bei konstanter Erregung im unteren Drehzahlbereich fast verlustlos erfolgen.
Die Belastungsabhängigkeit der Drehzahl ist in jedem Bereich nur gering. Die Drehzahlverstellung im unteren wie auch im oberen Drehzahlbereich verhält sich wie beim Nebenschlussmotor.
Zusammenfassung
Der fremderregte Motor ist im mechanischen Aufbau wie ein Nebenschlussmotor ausgeführt. Er erhält durch seine getrennten Gleichspannungsquellen eine gute Drehzahlstabilität bei Nennlast. Fremderregte Motoren werden überwiegend in der Steuer- und Regeltechnik,z.B. beim Leonardsatz, angewendet. Motoren mit sehr geringer Leistung werden mit Dauermagneten versehen, z.B. Spielzeugmotoren, Trockenrasierer usw. 1.3.1.8 Drehzahlsteuerung von Gleichstrommotoren Für die Drehzahlsteuerung von Gleichstrommotoren ergeben sich zwei Steuerungsarten:
Drehzahlsteuerung durch Änderung der Ankerspannung und Drehzahlsteuerung durch Änderung der Feldspannung. Bei der Drehzahlsteuerung durch Spannungsänderung am Anker liegt mit dem Ankerwiderstand ein Vorwiderstand RV (Stellwiderstand) in Reihe. Diese Steuerung läßt sich nur im Bereich von Null bis zur Nenndrehzahl (Betriebsdrehzahl) durchführen. Die Drehzahl ändert sich hierdurch etwa proportional mit der anliegenden Spannung am Anker. Am Vorwiderstand fällt damit die restliche Spannung ab. Das bedeutet hohen Leistungsverlust und damit schlechten elektrischen Wirkungsgrad, außerdem wird die Drehzahl. sehr stark lastabhängig. Diese Steuerungsmöglichkeit wird nur selten oder nur bei Motoren mit geringer Leistung angewendet. Durch die verminderte Belüftung müssen diese Motoren im unteren Drehzahlbereich mit herabgesetztem Drehmoment arbeiten oder bei vollem Drehmoment mit Fremdbelüftung ausgelegt werden. Eine feinstufige und fast verlustlose Drehzahlsteuerung im unteren Drehzahlbereich wird meistens durch die Leonardschaltung erreicht. Eine weitere Möglichkeit, die Drehzahl des Gleichstrommotors zu verändern, wird durch Spannungsänderung an der Erregerwicklung (Feldschwächung) hervorgerufen. Es kann also nur eine Steuerung im Drehzahlbereich über Nenndrehzahl erfolgen. Bei gleichmäßiger Belastung und konstanter Ankerklemmenspannung muß durch Feldschwächung der Ankerstrom infolge geringerer Gegenspannung ansteigen, bis Antriebsdrehmoment und Gegenmoment durch Drehzahlerhöhung ausgeglichen werden.
Das neue Motordrehmoment muß bei erhöhter Drehzahl zurückgehen, wenn die Motorleistung konstant bleiben soll. Damit eine Unstabilität der Drehzahl vermieden wird, soll der Drehzahlbereich nicht größer als l:4 sein. Bei Entlastung (Reihenschlußmotor) oder stark eingestellter Feldschwächung (Nebenschlußmotor) können die Drehzahlen des Motors rapide ansteigen: Der Motor geht durch, der Anker erleidet mechanischen Schaden.
Achtung Unfallgefahr ! Die Drehzahl darf nur auf die maximal angegebenen Werte des Typenschildes erhöht werden. Eventuell ist Rückfrage beim Hersteller erforderlich. Es droht die Zerstörung der Maschine. Abhilfe: Einbau einer Drehzahlüberwachung, Drehzahlwächter mit Schaltkontakten.
1.3.1.9 Leonardschaltung
Bei der Leonardschaltung findet man eine feinstufige, belastungsunabhängige und fast verlustlose Drehzahlsteuerung vor. Der Leonardsatz besteht aus verschiedenen Maschinen. Der eigentliche Steuersatz setzt sich aus dem fremderregten Steuergenerator G1 und dem fremderregten Steuermotor M2 zusammen. Bei beiden Maschinen sind die Anker elektrisch miteinander verbunden. Der Steuergenerator G1 wird von einem Drehstrommotor M1 mit gleichbleibender Drehzahl angetrieben. Die Erregerwicklungen der fremderregten Maschine werden von einer Erregermaschine G2 (selbsterregter Nebenschluß- oder Doppelschlußgenerator) gespeist. Die Erregermaschine kann aber auch durch einen Gleichrichtersatz ersetzt werden. Die Ankerspannung des Steuermotors M2 wird durch Veränderung des Feldstellers R1 vom fremderregten Steuergenerator G1 beeinflußt. Wird die Stromrichtung in der Erregerwicklung des Steuergenerators durch den Wendeschalter umgepolt, ändert sich auch die Polarität der Ankerspannung.
Bleibende Polarität der Erregung des zu steuernden Motors M2 und Polaritätsänderung am Anker dieses Motors verursachen Drehrichtungsänderung. Eine Drehzahlverstellung des Steuermotors M2 erfolgt überwiegend im unteren Drehzahlbereich. Eine Drehzahlverstellung des Motors M2 im oberen Drehzahlbereich kann auch durch eine Feldschwächung erreicht werden. Für stoßartig belastete Leonardsätze wird zum Schutz des Netzes vor starken Stromstößen ein Schwungrad (Ilgnerrad) auf der Welle angebracht. Leonardsatz und Ilgnerrad ergeben dann den Ilgnerumformer. Der Antriebsmotor M1 muß hierbei ein elastisches Drehmoment-Drehzahl-Verhalten zeigen. Es werden deshalb meistens Induktionsmotoren mit veränderlichen Läuferwiderständen (Schleifringläufermotoren) verwendet.
Vorteile
feinstufige und fast verlustlose Drehzahlsteuerungen, für große Motorleistungen bis l:15 bei 6000 kW, fast unabhängig von der Belastung (Nebenschlußcharakter), gute betriebsmäßige Drehrichtungsumkehr (durch Anker- oder Feldumpolung), fast konstantes Drehmoment im unteren Drehzahlbereich. Nachteile durch die mechanisch gekuppelten Maschinen wird der Wirkungsgrad schlecht (h ~ 0,7), hohe Anschaffungs- und Wartungskosten, Steuergenerator G1 und Steuermotor M2 besitzen — im Gegensatz zur Zu- und Gegenschaltung — die gleichen Leistungen, da der Ankerstrom beide Ankerwicklungen durchfließt. Bei der Zu- und Gegenschaltung ist die Leistung des Steuergenerators G1 nur halb so groß wie die des Steuermotors M2. Die andere Hälfte der Leistung für den Steuermotor wird einem Gleichstromnetz entnommen. 1.3.1.10 Leistungsmessungen Um die abgegebene Leistung eines Elektromotors zu bestimmen, werden in der Praxis verschiedene Meßverfahren angewendet.
a) Bei der Wirbelstrombremse werden nichtferromagnetische Scheiben, z.B. Kupfer- oder Aluscheiben, mit der Motorwelle gekuppelt und zwischen gleichstromerregten Elektromagneten abgebremst. Durch die Rotation der Scheibe wird je nach Drehzahl des Motors die Größe der Wirbelströme mit ihren Feldern verändert. Die Scheibe wird hierdurch abgebremst und der Motor auf seine abgegebene Leistung kontrolliert. Das Moment G • l der Waage ist gleich dem abgegebenen Motormoment M. Mit Hilfe des gemessenen Drehmoments und der gemessenen Drehzahl kann die mechanische Leistung des Motors bestimmt werden zu:
P = (G • l • n) / 9550 = (M • n)/ 9550 P = in kW, G= in N, l = in m Der Motorwirkungsgrad wird nach folgender Formel berechnet:
h = ((M • n) / 9,550) / (U • I) • 100% h = (Pab/Pzu) • 100% b) Bei der Backenbremse befindet sich zwischen zwei Bremsbacken die abzubremsende Bremstrommel. Das Reibungsmoment wird durch den Druck der Backen mittels der Flügelmuttern eingestellt. Das abgegebene Motormoment muß gleich dem Gegenmoment aus Gewicht und Hebelarm sein. Stimmen Strom und Drehzahl des Motors mit den Nenndaten überein, so gibt der Motor seine mechanische Nennleistung an die Trommel ab. Sowohl die Wirbelstrombremse als auch die Backenbremse werden für kleine bis mittlere Leistungen verwendet. Messungen an Drehstrommotoren können bei diesem Prüfverfahren nur im stabilen Bereich vorgenommen werden. c) Der Bremsgenerator (Pendelmaschine) ist wegen seiner hohen Meßgenauigkeit für elektrische Maschinen die meist angewandte Leistungsmeßmethode. Der Bremsgenerator kann auch als Motor benutzt werden. Wird die Pendelmaschine als Generator verwendet, so kann die abgegebene Energie in den Widerständen in Wärme umgesetzt (Verlustbremsung) oder in das Netz zurückgeschickt werden (Nutzbremsung). Die Pendelmaschine wird als Nebenschluß- oder fremderregte Maschine ausgeführt. Um die Messungen so genau wie möglich zu halten, werden Ständer und Anker durch Kugellager voneinander getrennt gelagert. Das direkt gemessene Motormoment wird vom beweglichen Ständer über einen Hebelarm auf die Drehmomentwaage übertragen. Die Firma Kemmerich in Gummersbach liefert auch komplette Gleichstrom-Pendelmaschinen aus der Liste 011r Hochgeschwindigkeitsmotoren der Baureihe N30/F093 in Baugröße 112 bis 225 bis ca. 160 kW und max. 8.500U/min. 1.3.1.11 Verluste und Wirkungsgrade Bei der Bestimmung der Wirkungsgrade kleinerer Maschinen erfolgt die direkte Messung aus Leistungsaufnahme und Leistungsabgabe. Für große Maschinen bevorzugt man wegen der Genauigkeit die indirekte Ermittlung des Wirkungsgrades nach dem Einzelverlustverfahren. Die Verluste werden aufgeteilt in:
a) Leerverluste
Luft-, Lager-, Bürstenreibungsverluste sowie Eisenverluste (Wirbelstrom- und Hysteresisverluste).
b) Erregerverluste
Sie werden bei Aufbau des Magnetfeldes (Erregerfeldes) durch den Erregerstrom in der Feldwicklung hervorgerufen.
Die Leer- und Erregerverluste ergeben zusammen die Leerlaufverluste der Gleichstrommaschine.
Die Leerlaufverluste erwärmen die Maschine ständig und sind fast unabhängig von der Belastung.
c) Last- oder Stromwärmeverluste
Sie treten auf in den Ankerwicklungen, Wendepolwicklungen und Kompensationswicklungen und Reihenschlußwicklungen.
Ferner treten sie zu einem kleinen Prozentsatz als Übergangsverluste unter den Bürsten auf. Die Stromwärmeverluste sind veränderliche Verluste, die sich nach der Belastung richten.
d) Zusatzverluste
Nicht erfaßbare Verluste werden als Zusatzverluste (0,5% bis Wo der Bezugsleistung) hinzugefügt. Der Wirkungsgrad ergibt sich aus der Formel:
h = Pab / (Pab + (Leer-, Erreger-, Last- und Zusatzverluste) h= Pab/ (Pab+PV)
Die Wirtschaftlichkeit einer Maschine ist von den Gesamtverlusten abhängig. 1.3.2 Funkentstörung
Bei der Funkentstörung unterscheidet man die verschiedenen Störungsarten nach ihrer Entstehung, z.B.:
a) natürliche Störungen (atmosphärische Störungen), b) mechanische Störungen (hervorgerufen durch gelockerte Masse- oder Steckverbindungen), c) elektrische Störungen. Den Praktiker interessiert hauptsächlich der Punkt c). Durch Unterbrechung von Schaltkontakten, Stromwenderlamellen usw. finden Spannungs- oder Stromunterbrechungen statt, die sich auf Leitungen direkt oder drahtlos als Störschwingungen fortpflanzen und im Tonfunk- oder Fernsehbereich unerwünschte Nebenwirkungen (Prasseln oder Knattern) hervorrufen. Diese Störungen sind mit Hilfe geeigneter Maßnahmen (Funkentstörung) zu vermeiden. Es sind hierbei die Bestimmungen laut VDE 0875 von Geräten, elektrischen Maschinen und Anlagen für Nennfrequenzen von 0 bis 10 kHz gültig. Nach entsprechender Prüfung erhalten die Geräte das Funkschutzzeichen. Man unterscheidet zwei Arten von Störspannungen:
a) symmetrische Störspannung, b) unsymmetrische Störspannung.
Zu a) Symmetrische Störspannungen treten zwischen zwei stromführenden Leitern auf.
Zu b) Unsymmetrische Störspannungen treten zwischen Netzleiter und Gehäuse bzw. zwischen Netzleiter und Erde auf. Ist das Gehäuse mit einem Schutzleiter verbunden, sind diese Störspannungen besonders groß.
Die Reichweite der Störspannungen wird aber mit zunehmender Entfernung sehr stark gedämpft. Zur Reduzierung von symmetrischen Störspannungen werden zur Störquelle Kondensatoren parallel oder Drosseln in Reihe geschaltet. Eine gute Entstörung wird erreicht, wenn das Widerstandsverhältnis vom Innenwiderstand Z, der Störquelle zum Innenwiderstand Zc des Kondensators groß ist. Somit entsteht nur noch eine geringe Reststörspannung, die sich auf die Außenwiderstände Ra ausbreiten kann. Entstörkombinationen enthalten kapazitive Querglieder und induktive Längsglieder. Bei Universalmotoren werden deshalb die Feldwicklungen (l D l—l D 2 und 2 D l —2 D 2) symmetrisch zur Ankerwicklung aufgeteilt; sie wirken somit als Entstördrosseln. Meistens werden Funkentstörungen aus preislichen Gründen mit Kondensatorkombinationen durchgeführt, die induktivitätsarm sind und somit die Störspannungen gut kurzschließen.
Für einfache Entstörungen wird meistens ein Berührungsschutzkondensator mit begrenzter Kapazität (für erhöhte Sicherheit) zwischen Gehäuse und Netzleiter eingebaut, und ferner zwischen den Netzleitern ein weiterer Kondensator oder zwei symmetrische Kondensatoren. Die Entstörungskondensatoren werden u.a. nach ihrer Schaltung benannt:
a) X-Kondensatoren, b) Y-Kondensatoren (früher: Berührungsschutzkondensatoren).
Zu a): X-Kondensatoren verbinden zwei Außenleiter oder einen Außenleiter mit Mittelleiter. Es können Kondensatoren unbegrenzter Kapazität sein mit beliebig hohem Strom. Beim Versagen, z.B. Kurzschluß, muß ein elektrischer Unfall ausgeschlossen sein.
Zu b): Y-Kondensatoren verbinden einen unter Spannung stehenden Leiter mit berührbarem bzw. nicht berührbarem (schutzisoliertem) leitenden Teil der Maschinen. Es sind Kondensatoren mit erhöhter Sicherheit (hoher Isolierfestigkeit) und begrenzter Kapazität. Durch die Kapazitätsbegrenzung soll der durch den Kondensator fließende Wechselstrom und bei Gleichstrom der Energieinhalt des Kondensators auf ein ungefährliches Maß herabgesetzt werden.
Betreffs der Entstörung sind bei allen Geräten und Maschinen die EMV-Vorschriften einzuhalten. (Siehe auch speziell bei Stromrichtern und Frequenzumrichtern)
1.3.3 Bremsschaltungen von Gleichstrommaschinen
Man verwendet folgende Bremsarten:
a) Die Widerstandsbremsung (Kurzschlußbremsung)
— Nachlaufbremsung, — Senkbremsung.
b) Die Gegenstrombremsung
Zu a): Im allgemeinen werden bei der Widerstandsbremsung die Maschinen vom Netz getrennt und wandeln dabei mechanische Energie in den Brems- oder Belastungswiderständen in Wärme um.
Für diesen Zweck können Nebenschluß- oder Reihenschlußmaschinen sowie fremderregte Maschinen verwendet werden.
Bei der Nachlaufbremsung (elektrische Fahrzeuge) bleibt die Drehrichtung der Maschinen erhalten. Durch den Restmagnetismus erregen sich die Maschinen selbst und treiben einen Strom durch die Ankerwicklung, der der induzierten Spannung entgegengerichtet ist (Lenzsche Regel). Die Motoren arbeiten als Generatoren und werden abgebremst. Die Drehzahl der Nachlaufbremsung liegt unter der Nenndrehzahl. Bei den Nebenschlußmaschinen bleibt die Schaltung bestehen, während die Erregerwicklung der Reihenschlußmaschinen umgepolt werden muß, da sonst die Selbsterregung aufgehoben wird.
Bei der Senkbremsung wird die Drehrichtung durch die sinkende Last umgekehrt. Die elektrische Energie wird in Bremswiderständen vernichtet. Reihenschlußmaschinen können bei dieser Ausführung ihre Schaltung beibehalten. Bei den Nebenschlußmaschinen muß diesmal die Erregerwicklung umgepolt werden, damit sie sich selbst erregt.
Bei der Senkbremsung läßt sich noch ein Nutzeffekt erreichen, indem die Energie ins Netz zurückgeschickt wird. Die erzeugte Spannung muß dann größer sein als die Netzspannung. Das kann in der Praxis durch Drehzahlerhöhung oder Feldverstärkung, z.B. mit Fahrzeugen bei Abwärtsfahrten (Talfahrten) oder durch Kranbetrieb, erreicht werden. Es kommen überwiegend Reihenschlußmaschinen zur Anwendung.
Zu b): Bei der Gegenstrombremsung wird die Stromrichtung durch Umschaltung der Ankerwicklung geändert. Die zugeführte elektrische Leistung kann ein Mehrfaches der durch die Bremsung verursachten mechanischen Leistung betragen. Die Maschine wird daher thermisch sehr stark beansprucht.
1.3.4 Scheibenläufermotor
Der Scheibenläufermotor arbeitet nach dem Prinzip des Barlowschen Rades. Zwischen einem axialen, homogenen Magnetfeld befindet sich eine drehbar gelagerte Kupferscheibe mit radialen Strombahnen. Die rotierende Scheibe taucht z.T. in einen Quecksilberteich ein; hierdurch wird dem Rad Strom zugeführt und über eine Welle wieder abgeführt. Der Ankerstromkreis ist somit in sich geschlossen.
Die Drehbewegung der Scheibe kommt dadurch zustande, daß die elektrischen Ladungsträger (Strom /) im Halbmesser der Scheibe mit dem homogenen, axialen Magnetfeld FD des Dauermagneten eine Kraftwirkung und damit eine Drehbewegung nach der Motorregel hervorrufen.
Der in der Praxis anwendbare Scheibenläufermotor gehört zu den fremderregten Gleichstrommotoren. Er unterscheidet sich von den normalen Gleichstrommaschinen dadurch, daß der rotierende Teil kein gewöhnlicher, genuteter Trommelanker nach Hefner-Alteneck mit darin befindlichen Ankerwicklungen ist, sondern ein eisenloser, scheibenförmiger Anker mit einer dünnen, trägheitsarmen Isolierscheibe.
Die Ankerwicklungen werden beidseitig auf der Isolierscheibe durch ein fotochemisches Ätzverfahren (gedruckte Schaltung) oder durch Ausstanzen der Leiterzüge aus Kupferfolien hergestellt. Die Wicklungen sind durch untere und obere Verbindungen in sich geschlossen. Durch die blanken Ankerleiter sind die Kühlungsverhältnisse sehr gut. Außerdem kann der Motor unter hohem Strom festgebremst werden, ohne thermischen Schaden zu nehmen.
Die Stromzuführung der Ankerwicklungen kann durch Trommelstromwender, durch Flächenstromwender oder durch direkte Berührung der Kohlebürsten mit den Ankerleitern erfolgen. Das magnetische, axial verlaufende Erregerfeld wird von kurzen, kreisförmigen Ferrit-Dauermagneten erzeugt, die ein- oder beidseitig des Motorgehäuses angebracht sind und deren Feldlinien sich über dem Gehäuse schließen. Durch das homogene Erregerfeld bleibt das Drehmoment über dem gesamten Bereich einer Umdrehung konstant. Außerdem kann bei Nennlast im Dauerbetrieb eine geringere Drehzahl erreicht werden.
Deshalb wird in vielen Fällen auf eine mechanische Übersetzung verzichtet.
Die Scheibenläufermotoren in Verbindung mit elektronischen Regeleinrichtungen können im Impulsbetrieb angewendet werden. Wegen der geringeren Ankermasse sind sie dem Schrittmotor (Abschnitt 1.7.6) in manchen Anwendungsgebieten überlegen.
Um die Leistungsfähigkeit eines kompletten Antriebssystems zu steigern, bieten verschiedene Firmen mikroprozessorgesteuerte, freiprogrammierte Positionssteuerungen an.
Die Klemmenspannung des Scheibenläufermotors liegt im Bereich von 6 V bis 150 V bei etwa 3000 (4800) min-1. Der Leistungsbereich erstreckt sich von 15 W bis ca. 13 000 W.
Angewendet wird der Scheibenläufermotor für Pumpen-, Wickel-, Ventil-, Schubantriebe usw. In Sonderfällen werden diese Maschinen auch in einem Gehäuse als Doppelscheibenmotor geliefert. Die Systeme sind völlig getrennt aufgebaut, so daß die eine Scheibe als Motor, die andere als Tachogenerator verwendet werden kann.
Der Vorteil eines Scheibenläufermotors gegenüber einem normalen Gleichstrommotor liegt in
der Materialersparnis von Ständer und Anker. Das Verhältnis von Leistung und Bauvolumen ist damit sehr gering. dem geringen Eigengewicht der Ankerscheibe. Das bedeutet, daß das Trägheitsmoment und damit auch die mechanische Zeitkonstante sehr niedrig ist. dem gleichmäßigen Lauf bei niedriger Drehzahl und dem gleichmäßigen Drehmoment. der großen Fläche für die Abführung der Verlustwärme. Damit können kurzzeitig hohe Kurzschlußströme beherrscht werden. Die Stromdichten im Dauerbetrieb betragen ca. 45 A/mm2, bei kurzem oder intermittierendem Betrieb 100 A/mm2. 1.5 Asynchronmaschinen für Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom) AC
Es sind für die Praxis die wichtigsten und am häufigsten vorkommenden Maschinen.
1.5.1 Drehfeld (umlaufendes Magnetfeld)
Grundlegende Voraussetzung für die Funktion der Asynchronmaschinen (Kurzschlußläufer, Käfigläufer, Squirrel-Cage-Type) für Drehstrom (Generatoren und Motoren) ist das umlaufende Magnetfeld. Da Asynchronmaschinen stromwenderlos sind, spricht man auch von Drehfeldmaschinen ohne Stromwender. Zur gleichen Maschinengruppe werden die Synchronmaschinen gezählt (Abschnitt 1.7).
Bei dreiphasig verkettetem Wechselstrom hat das entstehende Drehfeld während des Umlaufes unveränderte Größe und wird deshalb als symmetrisch oder kreisförmig bezeichnet. Die Drehzahl des synchron umlaufenden Magnetfeldes richtet sich nach der Polpaarzahl der Maschinen und der Frequenz der angelegten Netzspannung
n0 = (60 * F) / p n0 Umdrehungen in 1/min bzw. min-1 f Frequenz in 1/s bzw. s-1 p Polpaare Wie unter Transformatoren Abschnitt 1.4.2.2 beschrieben, wird auch hier das Magnetfeld F vom Magnetisierungsstrom Iµ und damit der Leerlaufdurchflutung Qµ verursacht. In den Abschnitten 1.5.2 bis 1.5.10 werden die Asynchronmotoren behandelt. Hierfür gilt: In einem Asynchronmotor für Drehstrom wird ein symmetrisches Drehfeld erzeugt, wenn seine Dreiphasenwicklung vom Drehstrom durchflossen wird.
Bei einem Asynchronmotor weist der rotierende Teil (Läufer, Rotor) gegenüber dem Drehfeld einen Schlupf auf (asynchron — nicht im Tritt befindlich). Das Drehfeld schneidet die Läuferleiter und induziert in ihnen Spannungen. Der Asynchronmotor heißt deshalb auch Induktionsmotor.
Asynchronmotoren für Drehstrom können mit Schleifring- oder Kurzschlußläufern ausgerüstet sein.
Betrieb mit Hilfsphase z.B. mit Kondensator: Siehe auch 1.6 und 1.6.2.2 Anlauf und 1.6.5 DS-Motoren am Einphasenetz und 1.6.5.1 Steinmetzschaltung sowie Abschnitt Ott-Steinmetzschalter
1.5.2.1 Aufbau
Der Ständer oder Stator ist zur Vermeidung von Wirbelströmen aus genuteten Ständerblechen aufgebaut, in welchem, möglichst gleichmäßig verteilt, die dreiphasige Wicklung untergebracht ist. Das Ständerblech besitzt aber keine ausgeprägten Pole wie z.B. die Gleichstrommaschine. Die gewünschte Polzahl wird durch entsprechenden Wickelschritt erreicht. Anfang und Ende jedes Stranges werden gewöhnlich zum Anschlußbrett geführt, weshalb diese Wicklung als offen bezeichnet wird.
Die gewünschte Verkettung in Stern- oder Dreieckschaltung (Y- oder A-Schaltung, Star or Delta) erfolgt am Anschlußbrett.
Der Läufer oder Rotor besitzt ebenfalls eine in Nuten gebettete Wicklung, die mit ihrer Polzahl auf die Polzahl des Ständers abgestimmt ist. Die Wicklung ist gewöhnlich dreiphasig, meist in Y-Schaltung, seltener in A-Schaltung ausgeführt. Die Schaltung erfolgt hier direkt im Läufer, so daß über die Schleifringe nur die Wicklungsanfänge K, L, M herausgeführt sind. Die Läuferwicklung kann auch zweiphasig sein (Abschnitt 1.5.2.3).
Soll der Schleifringläufermotor nach dem Anlauf als Kurzschlußläufermotor weiterarbeiten, werden durch Bürstenabhebevorrichtung die Schleifringe kurzgeschlossen und die Kohlebürsten abgehoben.
1.5.2.2 Wirkungsweise
1.5.2.2.1 Anlauf
In der am Drehstromnetz liegenden Ständerwicklung wird das Drehfeld erzeugt. Dieses schneidet die Ständerleiter und induziert die primäre Urspannung U01 Deshalb auch die Bezeichnung Primäranker für den Ständer. Ferner durchsetzen die magnetischen Feldlinien den Luftspalt und induzieren im Rotor die sekundäre Urspannung U02. Der Rotor trägt deshalb auch die Beze
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10 Feb 2005
17:45:24 |
Huchter |
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