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Elektromotor

2008-04-21T06:18:11Z

DaDonAli:

== Das Prinzip des elektromotorischen Antriebs ==

=== 1. Elektrische Antriebe ===

Elektrische Antriebe bestehen im einfachsten Fall aus Elektromotor und
Arbeitsmaschine. Sehr oft jedoch kommen Elemente und Einrichtungen zur
Steuerung zum Schutz des Antriebs hinzu.

Die Auswahl der jeweils einzusetzenden Elektromotoren richtet sich nach
Aufgabenstellung, Stromart, Einsatzort und Betriebsart. Bei der
Betriebsart unterscheidet man z.B. Dauer und Kurzzeitbetrieb. Bei nur
kurzzeitigem Einschalten (z.B. Elektrorasierer) kann ein Motor kleinerer
Leistung als bei Dauerbetrieb gewählt werden, da in der kurzen Zeit nicht
die zulässige Grenztemperatur erreicht wird. Dabei ist jedoch die
angegebene Einschaltdauer ED (Verhältnis Einschaltzeit zu Einschalt- plus
Ruhezeit) zu beachten.

----

===2. Die elektromagnetische Induktion ===

Die elektromagnetische Induktion, ist die Erzeugung einer elektrischen
Spannung mit Hilfe veränderlicher magnetischer Felder. Durch Bewegen eines
elektrischen Leiters (Draht) in einem Magnetfeld entsteht an den Enden des
Leiters eine sich mit dem Bewegungsrhythmus ändernde Induktionsspannung
und beim Schließen des Stromkreises ein Induktionsstrom; darauf beruht der
Generator. Dasselbe kann bei festgehaltenem Draht durch ein zeitlich
veränderliches Magnetfeld erreicht werden. Ebenso wird durch ein zeitlich
sich änderndes elektrisches Feld ein Magnetfeld erzeugt, das andere
magnetische Substanzen anziehen oder abstoßen kann; darauf beruhen der
Motor, der Fernsprecher, der Lautsprecher u. a. Werden zwei Drähte
schichtweise übereinandergewickelt, so entsteht durch Vermittlung des
Magnetfelds bei periodischen Änderungen der Spannung in dem einen Draht
eine sich proportional dazu ebenso ändernde Spannung in dem anderen Draht;
darauf beruhen Transformatoren, Induktionsapparat (Induktoren) und
Induktionsöfen. Der Proportionalitätskoeffizient heißt der
Gegeninduktionskoeffizient (Gegeninduktivität). Schließlich kann eine
Drahtspule auch auf sich selbst zurückwirken (Selbstinduktion), wodurch
eine der angelegten Spannung entgegenwirkende Spannung entsteht, deren
Größe durch den Selbstinduktionskoeffizienten (Induktivität) bestimmt wird
und die sich als induktiver Widerstand des Drahts gegenüber Wechselstrom
auswirkt.

----

=== 2.0.1 Begrifferläuterungen ===

Ständer

Stator, feststehender Teil eines Elektromotors oder Generators; bei
Gleichstrommaschinen meist Träger der Feldmagnete, bei Wechselstrom- bzw.
Drehstrommaschinen meist Träger der Hauptwicklung.

Anker

1. Teil von elektrischen Maschinen (Motor, Generator): ein mit Nuten
versehenes Blechpaket, das die Ankerwicklung aufnimmt; in dieser Wicklung
wird vom magnetischen Feld eine Spannung induziert. Bei
Gleichstrommaschinen ist es meist (Außenpolmaschine) der Läufer, dessen
Wicklung über den Kommutator mit dem Gleichstromnetz verbunden wird, bei
Synchronmaschinen (Innenpolmaschinen) meist der Ständer, dessen Wicklung
mit dem Wechsel- oder Drehstromnetz verbunden wird. 2. Teil von
Elektromagneten, der bei stromdurchflossener Erregerspule (Feldspule)
angezogen wird und dabei eine Arbeit verrichten kann, z. B. bei Relais,
Hubmagneten u. ä.

Kommutator

[der, Mehrzahl Kommutatoren; lateinisch] Stromwender, eine Vorrichtung an
elektrischen Generatoren und Elektromotoren aus ringförmig angeordneten,
gegeneinander und gegen die Läuferwelle isolierten Segmenten, die
einerseits paarweise mit je einem Anschluss der Ankerwicklung verbunden
sind, andererseits von einer Schleifbürste berührt werden, an die sich der
äußere Stromkreis anschließt. Der Kommutator hat die Aufgabe, sich bei
drehendem Läufer den in den Wicklungsteilen sinusförmig pulsenden Strom
abzunehmen und ihn gleichzurichten, d. h. deren Anschlüsse wechselweise
mit dem äußeren Netz so zu verbinden, dass in diesem die Stromrichtung
unverändert bleibt.

Sternschaltung

elektrische Anschlussschaltung für drei Verbraucher oder Wicklungen an das
Drehstromnetz. Dabei wird jeweils einer der beiden Verbraucheranschlüsse
an je einen Leiter des Drehstromnetzes, der andere an einen gemeinsamen
Sternpunkt (in Niederspannungsnetzen oft geerdet, Nulleiter)
angeschlossen. Bei drei gleichen Verbrauchern fließt im Nulleiter kein
Strom. Die Spannung an jedem der drei Verbraucher ist 1/Ö (3) der Spannung
zwischen den Leitern des Drehstromnetzes, z. B. 220/380 V.
Dreieckschaltung.

Schlupf

bei Asynchronmotoren das Maß für den Unterschied zwischen der
tatsächlichen Drehzahl (n) des Läufers und der synchronen Drehzahl (nsyn)
des Drehfelds. Berechnung: (nsyn - n) / nsyn = S (in Prozent). Der Schlupf
steigt mit der Belastung des Motors. Ein idealer Schlupf von 0% ist nicht
zu verwirklichen, da dann keine antreibenden Drehmomente auftreten.

Käfigläufer

der Läufer einer Asynchronmaschine, bei dem die Läuferwicklung aus blanken
oder isolierten Metallstäben besteht, die in die Nuten des
Läuferblechpakets eingelegt werden und an den Enden durch Kurzschlußringe
(Endringe) verbunden sind.

Polrad

der die Magnetpole mit der gleichstromgespeisten Erregerwicklung tragende
Läufer bei Wechselstromgeneratoren und Synchronmotoren (Generator).

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=== 2.1 Kurze Übersicht der Motoren ===

Motoren

Elektromotoren Verbrennungsmotoren

Dampf Benzin Diesel

Drehfeld- Stromwender-

maschinen maschinen

Wechseltrom- Drehstrom- Universalmotoren Gleichstrommotoren

maschinen maschinen

Reihenschlussmotor, Hauptschlussmotor, da Ankerstrom gleich Ständerstrom

Synchronmotor: Drehfeldzahl = Läuferdrehzahl

Asynchronmotor: Drehfelddrehzahl größer Läuferdrehzahl

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=== 2.2 Wirkungsgrad von Elektromotore ===

3. Der Elektromotor

Der Elektromotor ist ein Energiewandler, der elektrische Energie in
mechanische Energie, zum Antrieb von Maschinen, Fahrzeugen u. ä.
umwandelt. Dies geschieht mit Hilfe der Kraftwirkung zwischen einem
Magnetfeld und einem stromdurchflossenen Leiter. Hauptteile sind der
feststehende Ständer (Stator) mit der Erregerwicklung und der drehbare
Läufer (Rotor, Anker) mit der Ankerwicklung. Alle Elektromotoren können
auch als Generator verwendet werden. Neben dem rotierenden Elektromotor
gibt es auch den Linearmotor zu der Erzeugung von geradliniger Bewegung.

Elektromotoren werden für Leistungen bis etwa 10 MW gebaut und vielseitig
verwendet zum Beispiel für den Antrieb von Haushaltsgeräten, Büromaschinen
und Elektrowerkzeuge aber auch Pumpen, Förderanlagen, Walzenstraßen und
elektrischen Bahnen.

Elektrische Motoren dürfen kurzzeitig über ihre Nennleistung hinaus
belastet werde. Die Grenze dafür ist beim Gleichstrommotor die zulässige
Beanspruchung des Kommutators. Im Dauerbetrieb wird die Belastungsarbeit
durch die Wärme begrenzt.

----

=== 3.1. Wie funktioniert ein Elektromotor? ===

Wird dem Elektromotor Strom zugeführt, entsteht am Metallring ein Minus-
und ein Pluspol. Da durch die Spulen ebenfalls ein Strom fließt, bilden
sich auch ein Nord- und ein Südpol. Dann wird der Südpol der einen, dem
festen Nordpol der anderen angezogen. Dort ist der Strom am Metallring
unterbrochen (Totpunkt), die Spule aber dreht sich durch den Schwung
weiter. Dadurch wechselt der Strom am Metallring und somit auch die Pole
an den Spulen. Nordpol und Südpol stoßen sich ab und der Motor mach eine
halbe Drehung.

<br />
<div style="text-align: center;">
<br />[[Bild:Elektro.jpg]]
<br />''Aufbau des Elektro Motor''
<br />''Copyright 2008 [http://www.rc-car-beginners.ch RC-Car Lexikon]''
</div>
<br />

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===4. Gleichstrom ===

elektrischer Strom gleichbleibender Richtung, im Gegensatz zum
Wechselstrom, dessen Richtung sich periodisch ändert. Reiner Gleichstrom
entsteht auf chemischem Wege in galvanischen Elementen oder Akkumulatoren;
der durch Gleichrichter oder Generatoren gewonnene Gleichstrom enthält
einen überlagerten Wechselstromanteil. Gleichstrom wird in der
Nachrichtentechnik zum Betrieb von Relais, Wählern, Elektronenröhren und
Transistoren gebraucht, in der Starkstromtechnik für regelbare
Motorantriebe, vor allem in Maschinen und Elektro-Bahnen, und außerdem für
galvanische Anlagen. Für den Transport hoher Leistungen über große
Entfernung, besonders in Kabelleitungen, verwendet man
Gleichstromübertragung mit Spannungen bis 1 Mill. Volt. Fernmeldeanlagen
arbeiten mit Gleichstrom bis zu 60 Volt; Straßenbahnen, Obusse, Schnell-
und Untergrundbahnen betreibt man mit Gleichstrom von 500—1500 Volt
Spannung.

----

== 4.1. Der Gleichstrommotor ==

Der Gleichstrommotor ist ein mit Gleichstrom gespeister und mit
Gleichstrom-Elektromagnet oder Permanentmagnet erregter Elektromotor; und
wird als Reihenschluss-, Nebenschluss- oder Kompound- (Doppelschluss-)
Motor ausgeführt.

Der Stator besteht in der Regel aus einem Ring aus Walzstahl, auf dessen
Innenseite die Hauptpole (meist Elektromagnete mit einer Feldspule) und
die Wendepole befestigt sind. Zwischen den Polen dreht sich der
trommelförmige Läufer, der die Ankerwicklung trägt. (Daher nennt man den
Läufer von Gleichstrommaschinen häufig auch Anker.) Die Ankerwicklung
besteht aus vielen Spulen, die meist in Nuten des Läuferblechpakets
eingelegt und deren Enden am Kollektor angeschlossen sind. Auf den
Kollektorlamellen

schleifen die feststehenden Bürsten, über die der Ankerwicklung ein
Ankerstrom zugeführt wird. - Wenn der magnetische Fluss der Hauptpole
vorhanden ist, entsteht durch den in der Ankerwicklung fließenden Strom
ein Magnetfeld, dass das Hauptfeld des Stators senkrecht durchsetzt. Aus
der Überlagerung der beiden Felder ergibt sich ein Drehmoment: Der Läufer
dreht sich. Der aus Bürsten und Kollektor bestehende Stromwender
(Kommutator) sorgt nun dafür, dass die umlaufende Ankerwicklung den Strom
so zugeführt bekommt, dass ein möglichst großes Drehmoment entsteht. Zur
Erleichterung der Stromwendung dienen die vom Ankerstrom durchflossenen
Wendepole. Entsprechend der periodischen Veränderung des magnetischen
Flusses in den sich unter den feststehenden Hauptpolen hinwegdrehenden
Ankerteilen fließt in der Ankerwicklung der Gleichstrommaschine ein
Wechselstrom (der durch den Kommutator gleichgerichtet wird). Das
Ankereisen wird als Blechpaket (isolierte Eisenbleche) gebaut, um
Wirbelstromverluste klein zu halten. Häufig werden Anker- und
Erregerwicklung je an eine feste Spannung angeschlossen (fremderregter
Gleichstrommotor), wobei dann meist die Erregerwicklung (Feldwicklung) so
angelegt wird, dass sie parallel zum Anker an dieselbe Spannungsquelle
angeschlossen werden kann (Nebenschlussmotor). Bei den
Reihenschlussmotoren (Hauptschlussmotoren) werden dagegen Anker- und
Feldwicklung in Reihe geschaltet, so dass sie vom selben Strom
durchflossen werden.

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=== 4.2. Gleichstrom-Reihenschlussmotor ===

Aufbau:

Die Feldwicklung und der Anker sind in Reihe geschaltet. Die Feldwicklung
hat wenige Windungen und starken Draht.

Anwendungsgebiete:

Bahnen, Hebefahrzeuge und Anlasser sind geeignet für wechselnde Belastung
und wechselnde Drehszahl für direkte Kupplung und Zahnradantriebe. Die
Wendepole haben die Aufgabe das Bürstenfeuer zu unterdrücken. Die
Drehrichtung wird durch das Umpolen der Stromrichtung im Anker geändert.

Eigenschaften:

Die Drehzahl wird mit einem Fahrschalter oder Anlasser geregelt. Da der
Motor im Leerlauf durchgeht ist er für Riemenbetrieb nicht geeignet.

----

=== 4.3. Gleichstrom-Nebenschlussmotor===

Aufbau:

Die Feldwicklung hat viele Windungen aus dünnem Draht. Die Feldrichtung
ist parallel zum Anker geschalten.

Anwendungsgebiete:

Bei allen Antrieben, die relativ konstante Drehzahlen bei wechselnder
Belastung besitzen.

Eigenschaften:

Fast gleichbleibende Drehzahl bei wechselnder Belastung.

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=== 4.4. Gleichstrom-Doppelschlussmotor ===

Aufbau:

Die Feldwicklung (Pole) tragen gleichzeitig einen Nebenschluss und einen
Hauptschlusswicklung.

Anwendungsgebiete:

Nur für Sonderzwecke wie bei Aufzügen, Akkumulatoren oder Triebwagen.

Eigenschaften:

Je nachdem, ob die Hauptschluss- oder Nebenschlusswicklung überwiegt, ist
seine Drehzahlcharrakterristik mehr der Nebenschluss oder der
Reihenschlussform ähnlich.

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=== 4.5. Drehzahlregelbarer Gleichstrommotor ===

Aufbau:

Prinzip wie bei Gleichstromnebenschlussmotor. Die Feldwicklung wird
konstant an 220V angeschlossen. Der Anker wird mit einer Spannung von
0-440V gespeist, je nach benötigter Drehzahl (Lenzsche Steuerung
Elektronisch) Der Luftspalt zwischen Pol und Anker ist etwas größer, damit
wird ein weicherer Anlauf erreicht.

Anwendungsgebiete:

Rollenbänder Automatisierungstechnik

Eigenschaften (Wirkungsweise):

Um jede Wirkung einer Ankerwicklung baut sich bei Stromdurchfluss ein
kreisendes Kraftfeld auf. Sind auch die Hauptpole stromdurchflossen, so
wirken Pol und Ankerfeld so aufeinander, das der Anker in Bewegung gerät.
Die Richtung dieser Umdrehung lässt sich durch die Linke- Hand-Regel
ermitteln. Weil ein Gleichstromfeld die Pole nicht wechselt, bleibt die
Richtung, die Bewegung aller Ankerwicklungen des gleichen Feldes die
selbe. Ein Umschalten der Pole oder des Ankers muss demnach eine Änderung
der Drehrichtung des Motors zur Folge haben.

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=== 5. Der Wechselstrom ===

Der Wechselstrom ist ein elektrischer Strom, dessen Stärke und Richtung
sich periodisch ändern; wird durch Generatoren oder elektrische
Schwingungserzeuger (Sender) hergestellt. Eine Periode des Wechselstroms
umfaßt den Anstieg der Stromstärke von Null auf den positiven Scheitelwert
(Maximalwert, Amplitude), den Abfall über Null und den negativen
Scheitelwert sowie den Anstieg wieder auf Null. Die Anzahl der Perioden
pro Sekunde gibt die Frequenz des Wechselstroms an (in Hertz). Die Zahl
der Richtungswechsel (Wechselzahl) ist gleich der doppelten Periodenzahl.
Im allgemeinen ist der Strom- und Spannungsverlauf sinusförmig;
Abweichungen sind als Überlagerung einer sinusförmigen Grundwelle und
ihrer sinusförmigen Oberwellen aufzufassen. Die Anteile der verschiedenen
Oberwellen lassen sich durch die Fourier-Analyse bestimmen. Infolge der
regelmäßigen Schwankung der Stromstärke des Wechselstroms wirkt sich
dieser nicht mit dem Scheitel-, sondern mit dem Effektivwert (Scheitelwert
geteilt durch 2) des Stroms (z. B. bei der Wärmeerzeugung) aus. Der
Wechselstromwiderstand ist im Allgemeinen aus einem frequenzunabhängigen
Ohmschen (Wirkwiderstand) und aus einem frequenzabhängigen induktiven und
kapazitiven Teil (Blindwiderstand) zusammengesetzt. Für ihn gilt auch das
Ohmsche Gesetz. Der Blindwiderstand bewirkt eine Phasenverschiebung von
Strom und Spannung, von der auch die Wirkleistung abhängt (Watt). Der
technisch verwendete Wechselstrom ist meist Drehstrom, der eine Frequenz
von 50 Hz hat (in USA 60 Hz). Bei elektrischen Eisenbahnen wird 162/3
Hz-Wechselstrom verwendet. Mit dem Strom ändert sich auch das magnetische
Feld. Nach den Induktionsgesetzen können dann in benachbarten Leitern
entsprechende Spannungen induziert werden. Da der Wechselstrom sich auf
diese Weise leicht beliebig umformen (Transformator) und ohne große
Verluste fortleiten läßt, wird er zur Übertragung der elektrischen Energie
auf große Entfernungen benutzt. Die Hochfrequenztechnik verwendet
Wechselströme sehr hoher Schwingungszahl.

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=== 5.1. Der Einphasenwechselstrommotor ===

Aufbau:

Der Aufbau ist ähnlich dem Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer.
Anwendungsgebiete:

Kleine Motoren mit 1,5 kW ohne hohes Drehmoment.

Eigenschaften:

Die Ständerwicklung besteht aus Haupt- und Hilfswicklung. Die
Hilfswicklung wird mit einem Kondensator oder Widerstand geschaltet. Bei
erfolgtem Anlauf wird die Hilfswicklung durch einen Fliehkraftschalter
abgeschaltet.

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=== 6. Der Drehstrom ===

Dreiphasenstrom, besondere Art von Wechselstrom; entsteht durch Verkettung
(Stern- oder Dreieckschaltung) dreier um 120° phasenverschobener
Wechselströme mit gleicher Spannung und Frequenz. Gegenüber drei
Einphasenströmen lassen sich bei symmetrischer Belastung die drei
Rückleitungen einsparen. Bei unsymmetrischer Belastung nimmt ein dünner
Nulleiter den Ausgleichstrom auf. Wenn die verschiedenen Phasen auf drei
um 120° versetzte Spulen gegeben werden, entsteht ein rotierendes
Magnetfeld (Drehfeld, daher die Bezeichnung Drehstrom). Ausnutzung z. B.
im Drehstrommotor. Drehstrom ist die wichtigste und wirtschaftlichste
Stromart.

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=== 6.1. Der Drehstrommotor ===

Der Ständer besteht hierbei im wesentlichen aus einem Ring, der aus vielen
dünnen, voneinander isolierten Blechen zusammengepresst (Blechpaket) und
längs der Bohrungsoberfläche mit axialen Nuten versehen ist, in denen die
Wicklung liegt. Diese besteht meist aus drei gleichen Strängen, die mit
den drei Leitern des Drehstromnetzes verbunden werden: Bei
Dreieckschaltung wird jeder Wicklungsstrang an jeweils zwei Netzleiter
angeschlossen; bei Sternschaltung wird jeder Netzleiter an den Anfang je
eines Wicklungsstrangs angeschlossen, und die freien Wicklungsenden werden
miteinander verbunden (Sternpunkt). Da die Summe der Ströme im
symmetrischen Drehstromsystem gleich Null ist, braucht man von hier aus
keine Rückleitung. Die drei Spannungen des Drehstromnetzes erreichen
zeitlich nacheinander ihren Höchstwert, so dass auch die magnetischen
Flüsse der drei Ständerwicklungsstränge nacheinander ihren Höchstwert
erlangen. So entsteht in der Ständerbohrung ein Gesamtfluss, dessen
Höchstwert zu verschiedenen Zeiten an verschiedenen Orten des
Bohrungsumfangs auftritt. Das magnetische Feld läuft daher längs der
inneren Oberfläche des Ständerblechpakets um.

----

=== 6.2. Der Drehstromasynchronmotor ===

Aufbau:

Wird in einem Drehstromständer ein Läufer mit eingebaut, so entsteht ein
Asynchronmotor.

Anwendungsgebiete:

Für schwierige Anlaufverhältnisse (großes Anfahrmoment) und zur Vermeidung
großer Einschaltströme, zuweilen auch zum besonders sanften Anfahren,
werden Asynchronmotoren mit Schleifringläufer bevorzugt.

Eigenschaften:

Die Drehzahl des Asynchronmotors ändert sich mit der Belastung: Im
Leerlauf erreicht er nahezu eine synchrone Drehzahl; bei Nennlast (das ist
die Belastung, für die der Motor angelegt ist) stellt sich ein
Drehzahlunterschied zwischen Ständerdrehfeld und Läufer ein, der als
Schlupf bezeichnet wird und je nach Motorgröße 0,5-10% der synchronen
Drehzahl beträgt. Im einfachsten Fall besteht die Läuferwicklung
(Sekundäranker) aus in Nuten geschobenen, oft unisolierten Kupferstäben,
die an den Enden durch angelötete Kupferringe miteinander verbunden sind
(Käfigläufer, Kurzschlussläufer); bei Motoren bis zu mehreren 100 kW wird
die Käfigwicklung auch aus Aluminium in das Läuferblechpaket gegossen. Ein
Maß für die Drehzahldifferenz ist der Schlupf, der bei normalem Betrieb
der Belastung proportional ist. Infolge des Schlupfes wird in der
Läuferwicklung ein Strom induziert, der zusammen mit dem magnetischen Feld
im Luftspalt (Drehfeld) ein Drehmoment hervorbringt. Der Asynchronmotor
ist der meistverwendete Elektromotor überhaupt.

Asynchronmotor:

; früher: Nachteil -Lauf nur mit 1 Drehzahl - keine Drehzahlstellung
möglich

; heute: Vorteil - lässt sich durch Leistungselektronik in Drehzahl von 0
bis unendlich

steuern

- nur durch speisende Netzfrequenz (Freyuenzumrichter)

Formel zur Drehfelddrehzahl:

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=== 6.3. Der Synchronmotor ===

Aufbau:

Wird in den Drehstromständer ein Läufer mit Magnetpolen eingebaut
(Polrad), so entsteht ein Synchronmotor.

Eigenschaften:

Der Läufer umläuft unabhängig von der Belastung die synchrone Drehzahl des
Ständerfeldes. Synchronmotoren haben konstante Betriebsdrehzahlen, die
sich bei normalen Lastschwankungen nicht ändern. Die Höhe der
Stromaufnahme eines Synchronmotors richtet sich nach der Belastung an der
Welle und der Größe des Erregerstromes in der Polradwicklung. Der
Synchronmotor kann nicht (wie der Gleichstrommotor) bei Verstellung der
Erregung seine Drehzahl ändern. Ein untererregter Synchronmotor nimmt
Blindleistung aus dem Netz auf; beim übererregten Synchronmotor sind die
Betriebsbedingungen umgekehrt. Wird der Synchronmotor stark überlastet, so
bleibt er stehen und entnimmt dabei dem Netz einen unzulässig großen

Elektromotor

2008-04-21T06:15:24Z

DaDonAli:

== Das Prinzip des elektromotorischen Antriebs ==

=== 1. Elektrische Antriebe ===

Elektrische Antriebe bestehen im einfachsten Fall aus Elektromotor und
Arbeitsmaschine. Sehr oft jedoch kommen Elemente und Einrichtungen zur
Steuerung zum Schutz des Antriebs hinzu.

Die Auswahl der jeweils einzusetzenden Elektromotoren richtet sich nach
Aufgabenstellung, Stromart, Einsatzort und Betriebsart. Bei der
Betriebsart unterscheidet man z.B. Dauer und Kurzzeitbetrieb. Bei nur
kurzzeitigem Einschalten (z.B. Elektrorasierer) kann ein Motor kleinerer
Leistung als bei Dauerbetrieb gewählt werden, da in der kurzen Zeit nicht
die zulässige Grenztemperatur erreicht wird. Dabei ist jedoch die
angegebene Einschaltdauer ED (Verhältnis Einschaltzeit zu Einschalt- plus
Ruhezeit) zu beachten.

----

===2. Die elektromagnetische Induktion ===

Die elektromagnetische Induktion, ist die Erzeugung einer elektrischen
Spannung mit Hilfe veränderlicher magnetischer Felder. Durch Bewegen eines
elektrischen Leiters (Draht) in einem Magnetfeld entsteht an den Enden des
Leiters eine sich mit dem Bewegungsrhythmus ändernde Induktionsspannung
und beim Schließen des Stromkreises ein Induktionsstrom; darauf beruht der
Generator. Dasselbe kann bei festgehaltenem Draht durch ein zeitlich
veränderliches Magnetfeld erreicht werden. Ebenso wird durch ein zeitlich
sich änderndes elektrisches Feld ein Magnetfeld erzeugt, das andere
magnetische Substanzen anziehen oder abstoßen kann; darauf beruhen der
Motor, der Fernsprecher, der Lautsprecher u. a. Werden zwei Drähte
schichtweise übereinandergewickelt, so entsteht durch Vermittlung des
Magnetfelds bei periodischen Änderungen der Spannung in dem einen Draht
eine sich proportional dazu ebenso ändernde Spannung in dem anderen Draht;
darauf beruhen Transformatoren, Induktionsapparat (Induktoren) und
Induktionsöfen. Der Proportionalitätskoeffizient heißt der
Gegeninduktionskoeffizient (Gegeninduktivität). Schließlich kann eine
Drahtspule auch auf sich selbst zurückwirken (Selbstinduktion), wodurch
eine der angelegten Spannung entgegenwirkende Spannung entsteht, deren
Größe durch den Selbstinduktionskoeffizienten (Induktivität) bestimmt wird
und die sich als induktiver Widerstand des Drahts gegenüber Wechselstrom
auswirkt.

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=== 2.0.1 Begrifferläuterungen ===

Ständer

Stator, feststehender Teil eines Elektromotors oder Generators; bei
Gleichstrommaschinen meist Träger der Feldmagnete, bei Wechselstrom- bzw.
Drehstrommaschinen meist Träger der Hauptwicklung.

Anker

1. Teil von elektrischen Maschinen (Motor, Generator): ein mit Nuten
versehenes Blechpaket, das die Ankerwicklung aufnimmt; in dieser Wicklung
wird vom magnetischen Feld eine Spannung induziert. Bei
Gleichstrommaschinen ist es meist (Außenpolmaschine) der Läufer, dessen
Wicklung über den Kommutator mit dem Gleichstromnetz verbunden wird, bei
Synchronmaschinen (Innenpolmaschinen) meist der Ständer, dessen Wicklung
mit dem Wechsel- oder Drehstromnetz verbunden wird. 2. Teil von
Elektromagneten, der bei stromdurchflossener Erregerspule (Feldspule)
angezogen wird und dabei eine Arbeit verrichten kann, z. B. bei Relais,
Hubmagneten u. ä.

Kommutator

[der, Mehrzahl Kommutatoren; lateinisch] Stromwender, eine Vorrichtung an
elektrischen Generatoren und Elektromotoren aus ringförmig angeordneten,
gegeneinander und gegen die Läuferwelle isolierten Segmenten, die
einerseits paarweise mit je einem Anschluss der Ankerwicklung verbunden
sind, andererseits von einer Schleifbürste berührt werden, an die sich der
äußere Stromkreis anschließt. Der Kommutator hat die Aufgabe, sich bei
drehendem Läufer den in den Wicklungsteilen sinusförmig pulsenden Strom
abzunehmen und ihn gleichzurichten, d. h. deren Anschlüsse wechselweise
mit dem äußeren Netz so zu verbinden, dass in diesem die Stromrichtung
unverändert bleibt.

Sternschaltung

elektrische Anschlussschaltung für drei Verbraucher oder Wicklungen an das
Drehstromnetz. Dabei wird jeweils einer der beiden Verbraucheranschlüsse
an je einen Leiter des Drehstromnetzes, der andere an einen gemeinsamen
Sternpunkt (in Niederspannungsnetzen oft geerdet, Nulleiter)
angeschlossen. Bei drei gleichen Verbrauchern fließt im Nulleiter kein
Strom. Die Spannung an jedem der drei Verbraucher ist 1/Ö (3) der Spannung
zwischen den Leitern des Drehstromnetzes, z. B. 220/380 V.
Dreieckschaltung.

Schlupf

bei Asynchronmotoren das Maß für den Unterschied zwischen der
tatsächlichen Drehzahl (n) des Läufers und der synchronen Drehzahl (nsyn)
des Drehfelds. Berechnung: (nsyn - n) / nsyn = S (in Prozent). Der Schlupf
steigt mit der Belastung des Motors. Ein idealer Schlupf von 0% ist nicht
zu verwirklichen, da dann keine antreibenden Drehmomente auftreten.

Käfigläufer

der Läufer einer Asynchronmaschine, bei dem die Läuferwicklung aus blanken
oder isolierten Metallstäben besteht, die in die Nuten des
Läuferblechpakets eingelegt werden und an den Enden durch Kurzschlußringe
(Endringe) verbunden sind.

Polrad

der die Magnetpole mit der gleichstromgespeisten Erregerwicklung tragende
Läufer bei Wechselstromgeneratoren und Synchronmotoren (Generator).

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=== 2.1 Kurze Übersicht der Motoren ===

Motoren

Elektromotoren Verbrennungsmotoren

Dampf Benzin Diesel

Drehfeld- Stromwender-

maschinen maschinen

Wechseltrom- Drehstrom- Universalmotoren Gleichstrommotoren

maschinen maschinen

Reihenschlussmotor, Hauptschlussmotor, da Ankerstrom gleich Ständerstrom

Synchronmotor: Drehfeldzahl = Läuferdrehzahl

Asynchronmotor: Drehfelddrehzahl größer Läuferdrehzahl

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=== 2.2 Wirkungsgrad von Elektromotore ===

3. Der Elektromotor

Der Elektromotor ist ein Energiewandler, der elektrische Energie in
mechanische Energie, zum Antrieb von Maschinen, Fahrzeugen u. ä.
umwandelt. Dies geschieht mit Hilfe der Kraftwirkung zwischen einem
Magnetfeld und einem stromdurchflossenen Leiter. Hauptteile sind der
feststehende Ständer (Stator) mit der Erregerwicklung und der drehbare
Läufer (Rotor, Anker) mit der Ankerwicklung. Alle Elektromotoren können
auch als Generator verwendet werden. Neben dem rotierenden Elektromotor
gibt es auch den Linearmotor zu der Erzeugung von geradliniger Bewegung.

Elektromotoren werden für Leistungen bis etwa 10 MW gebaut und vielseitig
verwendet zum Beispiel für den Antrieb von Haushaltsgeräten, Büromaschinen
und Elektrowerkzeuge aber auch Pumpen, Förderanlagen, Walzenstraßen und
elektrischen Bahnen.

Elektrische Motoren dürfen kurzzeitig über ihre Nennleistung hinaus
belastet werde. Die Grenze dafür ist beim Gleichstrommotor die zulässige
Beanspruchung des Kommutators. Im Dauerbetrieb wird die Belastungsarbeit
durch die Wärme begrenzt.

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=== 3.1. Wie funktioniert ein Elektromotor? ===

Wird dem Elektromotor Strom zugeführt, entsteht am Metallring ein Minus-
und ein Pluspol. Da durch die Spulen ebenfalls ein Strom fließt, bilden
sich auch ein Nord- und ein Südpol. Dann wird der Südpol der einen, dem
festen Nordpol der anderen angezogen. Dort ist der Strom am Metallring
unterbrochen (Totpunkt), die Spule aber dreht sich durch den Schwung
weiter. Dadurch wechselt der Strom am Metallring und somit auch die Pole
an den Spulen. Nordpol und Südpol stoßen sich ab und der Motor mach eine
halbe Drehung.

[[Bild:Elektro.jpg]]

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===4. Gleichstrom ===

elektrischer Strom gleichbleibender Richtung, im Gegensatz zum
Wechselstrom, dessen Richtung sich periodisch ändert. Reiner Gleichstrom
entsteht auf chemischem Wege in galvanischen Elementen oder Akkumulatoren;
der durch Gleichrichter oder Generatoren gewonnene Gleichstrom enthält
einen überlagerten Wechselstromanteil. Gleichstrom wird in der
Nachrichtentechnik zum Betrieb von Relais, Wählern, Elektronenröhren und
Transistoren gebraucht, in der Starkstromtechnik für regelbare
Motorantriebe, vor allem in Maschinen und Elektro-Bahnen, und außerdem für
galvanische Anlagen. Für den Transport hoher Leistungen über große
Entfernung, besonders in Kabelleitungen, verwendet man
Gleichstromübertragung mit Spannungen bis 1 Mill. Volt. Fernmeldeanlagen
arbeiten mit Gleichstrom bis zu 60 Volt; Straßenbahnen, Obusse, Schnell-
und Untergrundbahnen betreibt man mit Gleichstrom von 500—1500 Volt
Spannung.

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== 4.1. Der Gleichstrommotor ==

Der Gleichstrommotor ist ein mit Gleichstrom gespeister und mit
Gleichstrom-Elektromagnet oder Permanentmagnet erregter Elektromotor; und
wird als Reihenschluss-, Nebenschluss- oder Kompound- (Doppelschluss-)
Motor ausgeführt.

Der Stator besteht in der Regel aus einem Ring aus Walzstahl, auf dessen
Innenseite die Hauptpole (meist Elektromagnete mit einer Feldspule) und
die Wendepole befestigt sind. Zwischen den Polen dreht sich der
trommelförmige Läufer, der die Ankerwicklung trägt. (Daher nennt man den
Läufer von Gleichstrommaschinen häufig auch Anker.) Die Ankerwicklung
besteht aus vielen Spulen, die meist in Nuten des Läuferblechpakets
eingelegt und deren Enden am Kollektor angeschlossen sind. Auf den
Kollektorlamellen

schleifen die feststehenden Bürsten, über die der Ankerwicklung ein
Ankerstrom zugeführt wird. - Wenn der magnetische Fluss der Hauptpole
vorhanden ist, entsteht durch den in der Ankerwicklung fließenden Strom
ein Magnetfeld, dass das Hauptfeld des Stators senkrecht durchsetzt. Aus
der Überlagerung der beiden Felder ergibt sich ein Drehmoment: Der Läufer
dreht sich. Der aus Bürsten und Kollektor bestehende Stromwender
(Kommutator) sorgt nun dafür, dass die umlaufende Ankerwicklung den Strom
so zugeführt bekommt, dass ein möglichst großes Drehmoment entsteht. Zur
Erleichterung der Stromwendung dienen die vom Ankerstrom durchflossenen
Wendepole. Entsprechend der periodischen Veränderung des magnetischen
Flusses in den sich unter den feststehenden Hauptpolen hinwegdrehenden
Ankerteilen fließt in der Ankerwicklung der Gleichstrommaschine ein
Wechselstrom (der durch den Kommutator gleichgerichtet wird). Das
Ankereisen wird als Blechpaket (isolierte Eisenbleche) gebaut, um
Wirbelstromverluste klein zu halten. Häufig werden Anker- und
Erregerwicklung je an eine feste Spannung angeschlossen (fremderregter
Gleichstrommotor), wobei dann meist die Erregerwicklung (Feldwicklung) so
angelegt wird, dass sie parallel zum Anker an dieselbe Spannungsquelle
angeschlossen werden kann (Nebenschlussmotor). Bei den
Reihenschlussmotoren (Hauptschlussmotoren) werden dagegen Anker- und
Feldwicklung in Reihe geschaltet, so dass sie vom selben Strom
durchflossen werden.

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=== 4.2. Gleichstrom-Reihenschlussmotor ===

Aufbau:

Die Feldwicklung und der Anker sind in Reihe geschaltet. Die Feldwicklung
hat wenige Windungen und starken Draht.

Anwendungsgebiete:

Bahnen, Hebefahrzeuge und Anlasser sind geeignet für wechselnde Belastung
und wechselnde Drehszahl für direkte Kupplung und Zahnradantriebe. Die
Wendepole haben die Aufgabe das Bürstenfeuer zu unterdrücken. Die
Drehrichtung wird durch das Umpolen der Stromrichtung im Anker geändert.

Eigenschaften:

Die Drehzahl wird mit einem Fahrschalter oder Anlasser geregelt. Da der
Motor im Leerlauf durchgeht ist er für Riemenbetrieb nicht geeignet.

----

=== 4.3. Gleichstrom-Nebenschlussmotor===

Aufbau:

Die Feldwicklung hat viele Windungen aus dünnem Draht. Die Feldrichtung
ist parallel zum Anker geschalten.

Anwendungsgebiete:

Bei allen Antrieben, die relativ konstante Drehzahlen bei wechselnder
Belastung besitzen.

Eigenschaften:

Fast gleichbleibende Drehzahl bei wechselnder Belastung.

----

=== 4.4. Gleichstrom-Doppelschlussmotor ===

Aufbau:

Die Feldwicklung (Pole) tragen gleichzeitig einen Nebenschluss und einen
Hauptschlusswicklung.

Anwendungsgebiete:

Nur für Sonderzwecke wie bei Aufzügen, Akkumulatoren oder Triebwagen.

Eigenschaften:

Je nachdem, ob die Hauptschluss- oder Nebenschlusswicklung überwiegt, ist
seine Drehzahlcharrakterristik mehr der Nebenschluss oder der
Reihenschlussform ähnlich.

----

=== 4.5. Drehzahlregelbarer Gleichstrommotor ===

Aufbau:

Prinzip wie bei Gleichstromnebenschlussmotor. Die Feldwicklung wird
konstant an 220V angeschlossen. Der Anker wird mit einer Spannung von
0-440V gespeist, je nach benötigter Drehzahl (Lenzsche Steuerung
Elektronisch) Der Luftspalt zwischen Pol und Anker ist etwas größer, damit
wird ein weicherer Anlauf erreicht.

Anwendungsgebiete:

Rollenbänder Automatisierungstechnik

Eigenschaften (Wirkungsweise):

Um jede Wirkung einer Ankerwicklung baut sich bei Stromdurchfluss ein
kreisendes Kraftfeld auf. Sind auch die Hauptpole stromdurchflossen, so
wirken Pol und Ankerfeld so aufeinander, das der Anker in Bewegung gerät.
Die Richtung dieser Umdrehung lässt sich durch die Linke- Hand-Regel
ermitteln. Weil ein Gleichstromfeld die Pole nicht wechselt, bleibt die
Richtung, die Bewegung aller Ankerwicklungen des gleichen Feldes die
selbe. Ein Umschalten der Pole oder des Ankers muss demnach eine Änderung
der Drehrichtung des Motors zur Folge haben.

----

=== 5. Der Wechselstrom ===

Der Wechselstrom ist ein elektrischer Strom, dessen Stärke und Richtung
sich periodisch ändern; wird durch Generatoren oder elektrische
Schwingungserzeuger (Sender) hergestellt. Eine Periode des Wechselstroms
umfaßt den Anstieg der Stromstärke von Null auf den positiven Scheitelwert
(Maximalwert, Amplitude), den Abfall über Null und den negativen
Scheitelwert sowie den Anstieg wieder auf Null. Die Anzahl der Perioden
pro Sekunde gibt die Frequenz des Wechselstroms an (in Hertz). Die Zahl
der Richtungswechsel (Wechselzahl) ist gleich der doppelten Periodenzahl.
Im allgemeinen ist der Strom- und Spannungsverlauf sinusförmig;
Abweichungen sind als Überlagerung einer sinusförmigen Grundwelle und
ihrer sinusförmigen Oberwellen aufzufassen. Die Anteile der verschiedenen
Oberwellen lassen sich durch die Fourier-Analyse bestimmen. Infolge der
regelmäßigen Schwankung der Stromstärke des Wechselstroms wirkt sich
dieser nicht mit dem Scheitel-, sondern mit dem Effektivwert (Scheitelwert
geteilt durch 2) des Stroms (z. B. bei der Wärmeerzeugung) aus. Der
Wechselstromwiderstand ist im Allgemeinen aus einem frequenzunabhängigen
Ohmschen (Wirkwiderstand) und aus einem frequenzabhängigen induktiven und
kapazitiven Teil (Blindwiderstand) zusammengesetzt. Für ihn gilt auch das
Ohmsche Gesetz. Der Blindwiderstand bewirkt eine Phasenverschiebung von
Strom und Spannung, von der auch die Wirkleistung abhängt (Watt). Der
technisch verwendete Wechselstrom ist meist Drehstrom, der eine Frequenz
von 50 Hz hat (in USA 60 Hz). Bei elektrischen Eisenbahnen wird 162/3
Hz-Wechselstrom verwendet. Mit dem Strom ändert sich auch das magnetische
Feld. Nach den Induktionsgesetzen können dann in benachbarten Leitern
entsprechende Spannungen induziert werden. Da der Wechselstrom sich auf
diese Weise leicht beliebig umformen (Transformator) und ohne große
Verluste fortleiten läßt, wird er zur Übertragung der elektrischen Energie
auf große Entfernungen benutzt. Die Hochfrequenztechnik verwendet
Wechselströme sehr hoher Schwingungszahl.

----

=== 5.1. Der Einphasenwechselstrommotor ===

Aufbau:

Der Aufbau ist ähnlich dem Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer.
Anwendungsgebiete:

Kleine Motoren mit 1,5 kW ohne hohes Drehmoment.

Eigenschaften:

Die Ständerwicklung besteht aus Haupt- und Hilfswicklung. Die
Hilfswicklung wird mit einem Kondensator oder Widerstand geschaltet. Bei
erfolgtem Anlauf wird die Hilfswicklung durch einen Fliehkraftschalter
abgeschaltet.

----

=== 6. Der Drehstrom ===

Dreiphasenstrom, besondere Art von Wechselstrom; entsteht durch Verkettung
(Stern- oder Dreieckschaltung) dreier um 120° phasenverschobener
Wechselströme mit gleicher Spannung und Frequenz. Gegenüber drei
Einphasenströmen lassen sich bei symmetrischer Belastung die drei
Rückleitungen einsparen. Bei unsymmetrischer Belastung nimmt ein dünner
Nulleiter den Ausgleichstrom auf. Wenn die verschiedenen Phasen auf drei
um 120° versetzte Spulen gegeben werden, entsteht ein rotierendes
Magnetfeld (Drehfeld, daher die Bezeichnung Drehstrom). Ausnutzung z. B.
im Drehstrommotor. Drehstrom ist die wichtigste und wirtschaftlichste
Stromart.

----

=== 6.1. Der Drehstrommotor ===

Der Ständer besteht hierbei im wesentlichen aus einem Ring, der aus vielen
dünnen, voneinander isolierten Blechen zusammengepresst (Blechpaket) und
längs der Bohrungsoberfläche mit axialen Nuten versehen ist, in denen die
Wicklung liegt. Diese besteht meist aus drei gleichen Strängen, die mit
den drei Leitern des Drehstromnetzes verbunden werden: Bei
Dreieckschaltung wird jeder Wicklungsstrang an jeweils zwei Netzleiter
angeschlossen; bei Sternschaltung wird jeder Netzleiter an den Anfang je
eines Wicklungsstrangs angeschlossen, und die freien Wicklungsenden werden
miteinander verbunden (Sternpunkt). Da die Summe der Ströme im
symmetrischen Drehstromsystem gleich Null ist, braucht man von hier aus
keine Rückleitung. Die drei Spannungen des Drehstromnetzes erreichen
zeitlich nacheinander ihren Höchstwert, so dass auch die magnetischen
Flüsse der drei Ständerwicklungsstränge nacheinander ihren Höchstwert
erlangen. So entsteht in der Ständerbohrung ein Gesamtfluss, dessen
Höchstwert zu verschiedenen Zeiten an verschiedenen Orten des
Bohrungsumfangs auftritt. Das magnetische Feld läuft daher längs der
inneren Oberfläche des Ständerblechpakets um.

----

=== 6.2. Der Drehstromasynchronmotor ===

Aufbau:

Wird in einem Drehstromständer ein Läufer mit eingebaut, so entsteht ein
Asynchronmotor.

Anwendungsgebiete:

Für schwierige Anlaufverhältnisse (großes Anfahrmoment) und zur Vermeidung
großer Einschaltströme, zuweilen auch zum besonders sanften Anfahren,
werden Asynchronmotoren mit Schleifringläufer bevorzugt.

Eigenschaften:

Die Drehzahl des Asynchronmotors ändert sich mit der Belastung: Im
Leerlauf erreicht er nahezu eine synchrone Drehzahl; bei Nennlast (das ist
die Belastung, für die der Motor angelegt ist) stellt sich ein
Drehzahlunterschied zwischen Ständerdrehfeld und Läufer ein, der als
Schlupf bezeichnet wird und je nach Motorgröße 0,5-10% der synchronen
Drehzahl beträgt. Im einfachsten Fall besteht die Läuferwicklung
(Sekundäranker) aus in Nuten geschobenen, oft unisolierten Kupferstäben,
die an den Enden durch angelötete Kupferringe miteinander verbunden sind
(Käfigläufer, Kurzschlussläufer); bei Motoren bis zu mehreren 100 kW wird
die Käfigwicklung auch aus Aluminium in das Läuferblechpaket gegossen. Ein
Maß für die Drehzahldifferenz ist der Schlupf, der bei normalem Betrieb
der Belastung proportional ist. Infolge des Schlupfes wird in der
Läuferwicklung ein Strom induziert, der zusammen mit dem magnetischen Feld
im Luftspalt (Drehfeld) ein Drehmoment hervorbringt. Der Asynchronmotor
ist der meistverwendete Elektromotor überhaupt.

Asynchronmotor:

; früher: Nachteil -Lauf nur mit 1 Drehzahl - keine Drehzahlstellung
möglich

; heute: Vorteil - lässt sich durch Leistungselektronik in Drehzahl von 0
bis unendlich

steuern

- nur durch speisende Netzfrequenz (Freyuenzumrichter)

Formel zur Drehfelddrehzahl:

----

=== 6.3. Der Synchronmotor ===

Aufbau:

Wird in den Drehstromständer ein Läufer mit Magnetpolen eingebaut
(Polrad), so entsteht ein Synchronmotor.

Eigenschaften:

Der Läufer umläuft unabhängig von der Belastung die synchrone Drehzahl des
Ständerfeldes. Synchronmotoren haben konstante Betriebsdrehzahlen, die
sich bei normalen Lastschwankungen nicht ändern. Die Höhe der
Stromaufnahme eines Synchronmotors richtet sich nach der Belastung an der
Welle und der Größe des Erregerstromes in der Polradwicklung. Der
Synchronmotor kann nicht (wie der Gleichstrommotor) bei Verstellung der
Erregung seine Drehzahl ändern. Ein untererregter Synchronmotor nimmt
Blindleistung aus dem Netz auf; beim übererregten Synchronmotor sind die
Betriebsbedingungen umgekehrt. Wird der Synchronmotor stark überlastet, so
bleibt er stehen und entnimmt dabei dem Netz einen unzulässig großen

Datei:Elektro.jpg

2008-04-21T06:14:52Z

DaDonAli:

Elektromotor

2008-04-15T17:17:05Z

DaDonAli:

== Das Prinzip des elektromotorischen Antriebs ==

=== 1. Elektrische Antriebe ===

Elektrische Antriebe bestehen im einfachsten Fall aus Elektromotor und
Arbeitsmaschine. Sehr oft jedoch kommen Elemente und Einrichtungen zur
Steuerung zum Schutz des Antriebs hinzu.

Die Auswahl der jeweils einzusetzenden Elektromotoren richtet sich nach
Aufgabenstellung, Stromart, Einsatzort und Betriebsart. Bei der
Betriebsart unterscheidet man z.B. Dauer und Kurzzeitbetrieb. Bei nur
kurzzeitigem Einschalten (z.B. Elektrorasierer) kann ein Motor kleinerer
Leistung als bei Dauerbetrieb gewählt werden, da in der kurzen Zeit nicht
die zulässige Grenztemperatur erreicht wird. Dabei ist jedoch die
angegebene Einschaltdauer ED (Verhältnis Einschaltzeit zu Einschalt- plus
Ruhezeit) zu beachten.

----

===2. Die elektromagnetische Induktion ===

Die elektromagnetische Induktion, ist die Erzeugung einer elektrischen
Spannung mit Hilfe veränderlicher magnetischer Felder. Durch Bewegen eines
elektrischen Leiters (Draht) in einem Magnetfeld entsteht an den Enden des
Leiters eine sich mit dem Bewegungsrhythmus ändernde Induktionsspannung
und beim Schließen des Stromkreises ein Induktionsstrom; darauf beruht der
Generator. Dasselbe kann bei festgehaltenem Draht durch ein zeitlich
veränderliches Magnetfeld erreicht werden. Ebenso wird durch ein zeitlich
sich änderndes elektrisches Feld ein Magnetfeld erzeugt, das andere
magnetische Substanzen anziehen oder abstoßen kann; darauf beruhen der
Motor, der Fernsprecher, der Lautsprecher u. a. Werden zwei Drähte
schichtweise übereinandergewickelt, so entsteht durch Vermittlung des
Magnetfelds bei periodischen Änderungen der Spannung in dem einen Draht
eine sich proportional dazu ebenso ändernde Spannung in dem anderen Draht;
darauf beruhen Transformatoren, Induktionsapparat (Induktoren) und
Induktionsöfen. Der Proportionalitätskoeffizient heißt der
Gegeninduktionskoeffizient (Gegeninduktivität). Schließlich kann eine
Drahtspule auch auf sich selbst zurückwirken (Selbstinduktion), wodurch
eine der angelegten Spannung entgegenwirkende Spannung entsteht, deren
Größe durch den Selbstinduktionskoeffizienten (Induktivität) bestimmt wird
und die sich als induktiver Widerstand des Drahts gegenüber Wechselstrom
auswirkt.

----

=== 2.0.1 Begrifferläuterungen ===

Ständer

Stator, feststehender Teil eines Elektromotors oder Generators; bei
Gleichstrommaschinen meist Träger der Feldmagnete, bei Wechselstrom- bzw.
Drehstrommaschinen meist Träger der Hauptwicklung.

Anker

1. Teil von elektrischen Maschinen (Motor, Generator): ein mit Nuten
versehenes Blechpaket, das die Ankerwicklung aufnimmt; in dieser Wicklung
wird vom magnetischen Feld eine Spannung induziert. Bei
Gleichstrommaschinen ist es meist (Außenpolmaschine) der Läufer, dessen
Wicklung über den Kommutator mit dem Gleichstromnetz verbunden wird, bei
Synchronmaschinen (Innenpolmaschinen) meist der Ständer, dessen Wicklung
mit dem Wechsel- oder Drehstromnetz verbunden wird. 2. Teil von
Elektromagneten, der bei stromdurchflossener Erregerspule (Feldspule)
angezogen wird und dabei eine Arbeit verrichten kann, z. B. bei Relais,
Hubmagneten u. ä.

Kommutator

[der, Mehrzahl Kommutatoren; lateinisch] Stromwender, eine Vorrichtung an
elektrischen Generatoren und Elektromotoren aus ringförmig angeordneten,
gegeneinander und gegen die Läuferwelle isolierten Segmenten, die
einerseits paarweise mit je einem Anschluss der Ankerwicklung verbunden
sind, andererseits von einer Schleifbürste berührt werden, an die sich der
äußere Stromkreis anschließt. Der Kommutator hat die Aufgabe, sich bei
drehendem Läufer den in den Wicklungsteilen sinusförmig pulsenden Strom
abzunehmen und ihn gleichzurichten, d. h. deren Anschlüsse wechselweise
mit dem äußeren Netz so zu verbinden, dass in diesem die Stromrichtung
unverändert bleibt.

Sternschaltung

elektrische Anschlussschaltung für drei Verbraucher oder Wicklungen an das
Drehstromnetz. Dabei wird jeweils einer der beiden Verbraucheranschlüsse
an je einen Leiter des Drehstromnetzes, der andere an einen gemeinsamen
Sternpunkt (in Niederspannungsnetzen oft geerdet, Nulleiter)
angeschlossen. Bei drei gleichen Verbrauchern fließt im Nulleiter kein
Strom. Die Spannung an jedem der drei Verbraucher ist 1/Ö (3) der Spannung
zwischen den Leitern des Drehstromnetzes, z. B. 220/380 V.
Dreieckschaltung.

Schlupf

bei Asynchronmotoren das Maß für den Unterschied zwischen der
tatsächlichen Drehzahl (n) des Läufers und der synchronen Drehzahl (nsyn)
des Drehfelds. Berechnung: (nsyn - n) / nsyn = S (in Prozent). Der Schlupf
steigt mit der Belastung des Motors. Ein idealer Schlupf von 0% ist nicht
zu verwirklichen, da dann keine antreibenden Drehmomente auftreten.

Käfigläufer

der Läufer einer Asynchronmaschine, bei dem die Läuferwicklung aus blanken
oder isolierten Metallstäben besteht, die in die Nuten des
Läuferblechpakets eingelegt werden und an den Enden durch Kurzschlußringe
(Endringe) verbunden sind.

Polrad

der die Magnetpole mit der gleichstromgespeisten Erregerwicklung tragende
Läufer bei Wechselstromgeneratoren und Synchronmotoren (Generator).

----

=== 2.1 Kurze Übersicht der Motoren ===

Motoren

Elektromotoren Verbrennungsmotoren

Dampf Benzin Diesel

Drehfeld- Stromwender-

maschinen maschinen

Wechseltrom- Drehstrom- Universalmotoren Gleichstrommotoren

maschinen maschinen

Reihenschlussmotor, Hauptschlussmotor, da Ankerstrom gleich Ständerstrom

Synchronmotor: Drehfeldzahl = Läuferdrehzahl

Asynchronmotor: Drehfelddrehzahl größer Läuferdrehzahl

----

=== 2.2 Wirkungsgrad von Elektromotore ===

3. Der Elektromotor

Der Elektromotor ist ein Energiewandler, der elektrische Energie in
mechanische Energie, zum Antrieb von Maschinen, Fahrzeugen u. ä.
umwandelt. Dies geschieht mit Hilfe der Kraftwirkung zwischen einem
Magnetfeld und einem stromdurchflossenen Leiter. Hauptteile sind der
feststehende Ständer (Stator) mit der Erregerwicklung und der drehbare
Läufer (Rotor, Anker) mit der Ankerwicklung. Alle Elektromotoren können
auch als Generator verwendet werden. Neben dem rotierenden Elektromotor
gibt es auch den Linearmotor zu der Erzeugung von geradliniger Bewegung.

Elektromotoren werden für Leistungen bis etwa 10 MW gebaut und vielseitig
verwendet zum Beispiel für den Antrieb von Haushaltsgeräten, Büromaschinen
und Elektrowerkzeuge aber auch Pumpen, Förderanlagen, Walzenstraßen und
elektrischen Bahnen.

Elektrische Motoren dürfen kurzzeitig über ihre Nennleistung hinaus
belastet werde. Die Grenze dafür ist beim Gleichstrommotor die zulässige
Beanspruchung des Kommutators. Im Dauerbetrieb wird die Belastungsarbeit
durch die Wärme begrenzt.

----

=== 3.1. Wie funktioniert ein Elektromotor? ===

Wird dem Elektromotor Strom zugeführt, entsteht am Metallring ein Minus-
und ein Pluspol. Da durch die Spulen ebenfalls ein Strom fließt, bilden
sich auch ein Nord- und ein Südpol. Dann wird der Südpol der einen, dem
festen Nordpol der anderen angezogen. Dort ist der Strom am Metallring
unterbrochen (Totpunkt), die Spule aber dreht sich durch den Schwung
weiter. Dadurch wechselt der Strom am Metallring und somit auch die Pole
an den Spulen. Nordpol und Südpol stoßen sich ab und der Motor mach eine
halbe Drehung.

----

===4. Gleichstrom ===

elektrischer Strom gleichbleibender Richtung, im Gegensatz zum
Wechselstrom, dessen Richtung sich periodisch ändert. Reiner Gleichstrom
entsteht auf chemischem Wege in galvanischen Elementen oder Akkumulatoren;
der durch Gleichrichter oder Generatoren gewonnene Gleichstrom enthält
einen überlagerten Wechselstromanteil. Gleichstrom wird in der
Nachrichtentechnik zum Betrieb von Relais, Wählern, Elektronenröhren und
Transistoren gebraucht, in der Starkstromtechnik für regelbare
Motorantriebe, vor allem in Maschinen und Elektro-Bahnen, und außerdem für
galvanische Anlagen. Für den Transport hoher Leistungen über große
Entfernung, besonders in Kabelleitungen, verwendet man
Gleichstromübertragung mit Spannungen bis 1 Mill. Volt. Fernmeldeanlagen
arbeiten mit Gleichstrom bis zu 60 Volt; Straßenbahnen, Obusse, Schnell-
und Untergrundbahnen betreibt man mit Gleichstrom von 500—1500 Volt
Spannung.

----

== 4.1. Der Gleichstrommotor ==

Der Gleichstrommotor ist ein mit Gleichstrom gespeister und mit
Gleichstrom-Elektromagnet oder Permanentmagnet erregter Elektromotor; und
wird als Reihenschluss-, Nebenschluss- oder Kompound- (Doppelschluss-)
Motor ausgeführt.

Der Stator besteht in der Regel aus einem Ring aus Walzstahl, auf dessen
Innenseite die Hauptpole (meist Elektromagnete mit einer Feldspule) und
die Wendepole befestigt sind. Zwischen den Polen dreht sich der
trommelförmige Läufer, der die Ankerwicklung trägt. (Daher nennt man den
Läufer von Gleichstrommaschinen häufig auch Anker.) Die Ankerwicklung
besteht aus vielen Spulen, die meist in Nuten des Läuferblechpakets
eingelegt und deren Enden am Kollektor angeschlossen sind. Auf den
Kollektorlamellen

schleifen die feststehenden Bürsten, über die der Ankerwicklung ein
Ankerstrom zugeführt wird. - Wenn der magnetische Fluss der Hauptpole
vorhanden ist, entsteht durch den in der Ankerwicklung fließenden Strom
ein Magnetfeld, dass das Hauptfeld des Stators senkrecht durchsetzt. Aus
der Überlagerung der beiden Felder ergibt sich ein Drehmoment: Der Läufer
dreht sich. Der aus Bürsten und Kollektor bestehende Stromwender
(Kommutator) sorgt nun dafür, dass die umlaufende Ankerwicklung den Strom
so zugeführt bekommt, dass ein möglichst großes Drehmoment entsteht. Zur
Erleichterung der Stromwendung dienen die vom Ankerstrom durchflossenen
Wendepole. Entsprechend der periodischen Veränderung des magnetischen
Flusses in den sich unter den feststehenden Hauptpolen hinwegdrehenden
Ankerteilen fließt in der Ankerwicklung der Gleichstrommaschine ein
Wechselstrom (der durch den Kommutator gleichgerichtet wird). Das
Ankereisen wird als Blechpaket (isolierte Eisenbleche) gebaut, um
Wirbelstromverluste klein zu halten. Häufig werden Anker- und
Erregerwicklung je an eine feste Spannung angeschlossen (fremderregter
Gleichstrommotor), wobei dann meist die Erregerwicklung (Feldwicklung) so
angelegt wird, dass sie parallel zum Anker an dieselbe Spannungsquelle
angeschlossen werden kann (Nebenschlussmotor). Bei den
Reihenschlussmotoren (Hauptschlussmotoren) werden dagegen Anker- und
Feldwicklung in Reihe geschaltet, so dass sie vom selben Strom
durchflossen werden.

----

=== 4.2. Gleichstrom-Reihenschlussmotor ===

Aufbau:

Die Feldwicklung und der Anker sind in Reihe geschaltet. Die Feldwicklung
hat wenige Windungen und starken Draht.

Anwendungsgebiete:

Bahnen, Hebefahrzeuge und Anlasser sind geeignet für wechselnde Belastung
und wechselnde Drehszahl für direkte Kupplung und Zahnradantriebe. Die
Wendepole haben die Aufgabe das Bürstenfeuer zu unterdrücken. Die
Drehrichtung wird durch das Umpolen der Stromrichtung im Anker geändert.

Eigenschaften:

Die Drehzahl wird mit einem Fahrschalter oder Anlasser geregelt. Da der
Motor im Leerlauf durchgeht ist er für Riemenbetrieb nicht geeignet.

----

=== 4.3. Gleichstrom-Nebenschlussmotor===

Aufbau:

Die Feldwicklung hat viele Windungen aus dünnem Draht. Die Feldrichtung
ist parallel zum Anker geschalten.

Anwendungsgebiete:

Bei allen Antrieben, die relativ konstante Drehzahlen bei wechselnder
Belastung besitzen.

Eigenschaften:

Fast gleichbleibende Drehzahl bei wechselnder Belastung.

----

=== 4.4. Gleichstrom-Doppelschlussmotor ===

Aufbau:

Die Feldwicklung (Pole) tragen gleichzeitig einen Nebenschluss und einen
Hauptschlusswicklung.

Anwendungsgebiete:

Nur für Sonderzwecke wie bei Aufzügen, Akkumulatoren oder Triebwagen.

Eigenschaften:

Je nachdem, ob die Hauptschluss- oder Nebenschlusswicklung überwiegt, ist
seine Drehzahlcharrakterristik mehr der Nebenschluss oder der
Reihenschlussform ähnlich.

----

=== 4.5. Drehzahlregelbarer Gleichstrommotor ===

Aufbau:

Prinzip wie bei Gleichstromnebenschlussmotor. Die Feldwicklung wird
konstant an 220V angeschlossen. Der Anker wird mit einer Spannung von
0-440V gespeist, je nach benötigter Drehzahl (Lenzsche Steuerung
Elektronisch) Der Luftspalt zwischen Pol und Anker ist etwas größer, damit
wird ein weicherer Anlauf erreicht.

Anwendungsgebiete:

Rollenbänder Automatisierungstechnik

Eigenschaften (Wirkungsweise):

Um jede Wirkung einer Ankerwicklung baut sich bei Stromdurchfluss ein
kreisendes Kraftfeld auf. Sind auch die Hauptpole stromdurchflossen, so
wirken Pol und Ankerfeld so aufeinander, das der Anker in Bewegung gerät.
Die Richtung dieser Umdrehung lässt sich durch die Linke- Hand-Regel
ermitteln. Weil ein Gleichstromfeld die Pole nicht wechselt, bleibt die
Richtung, die Bewegung aller Ankerwicklungen des gleichen Feldes die
selbe. Ein Umschalten der Pole oder des Ankers muss demnach eine Änderung
der Drehrichtung des Motors zur Folge haben.

----

=== 5. Der Wechselstrom ===

Der Wechselstrom ist ein elektrischer Strom, dessen Stärke und Richtung
sich periodisch ändern; wird durch Generatoren oder elektrische
Schwingungserzeuger (Sender) hergestellt. Eine Periode des Wechselstroms
umfaßt den Anstieg der Stromstärke von Null auf den positiven Scheitelwert
(Maximalwert, Amplitude), den Abfall über Null und den negativen
Scheitelwert sowie den Anstieg wieder auf Null. Die Anzahl der Perioden
pro Sekunde gibt die Frequenz des Wechselstroms an (in Hertz). Die Zahl
der Richtungswechsel (Wechselzahl) ist gleich der doppelten Periodenzahl.
Im allgemeinen ist der Strom- und Spannungsverlauf sinusförmig;
Abweichungen sind als Überlagerung einer sinusförmigen Grundwelle und
ihrer sinusförmigen Oberwellen aufzufassen. Die Anteile der verschiedenen
Oberwellen lassen sich durch die Fourier-Analyse bestimmen. Infolge der
regelmäßigen Schwankung der Stromstärke des Wechselstroms wirkt sich
dieser nicht mit dem Scheitel-, sondern mit dem Effektivwert (Scheitelwert
geteilt durch 2) des Stroms (z. B. bei der Wärmeerzeugung) aus. Der
Wechselstromwiderstand ist im Allgemeinen aus einem frequenzunabhängigen
Ohmschen (Wirkwiderstand) und aus einem frequenzabhängigen induktiven und
kapazitiven Teil (Blindwiderstand) zusammengesetzt. Für ihn gilt auch das
Ohmsche Gesetz. Der Blindwiderstand bewirkt eine Phasenverschiebung von
Strom und Spannung, von der auch die Wirkleistung abhängt (Watt). Der
technisch verwendete Wechselstrom ist meist Drehstrom, der eine Frequenz
von 50 Hz hat (in USA 60 Hz). Bei elektrischen Eisenbahnen wird 162/3
Hz-Wechselstrom verwendet. Mit dem Strom ändert sich auch das magnetische
Feld. Nach den Induktionsgesetzen können dann in benachbarten Leitern
entsprechende Spannungen induziert werden. Da der Wechselstrom sich auf
diese Weise leicht beliebig umformen (Transformator) und ohne große
Verluste fortleiten läßt, wird er zur Übertragung der elektrischen Energie
auf große Entfernungen benutzt. Die Hochfrequenztechnik verwendet
Wechselströme sehr hoher Schwingungszahl.

----

=== 5.1. Der Einphasenwechselstrommotor ===

Aufbau:

Der Aufbau ist ähnlich dem Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer.
Anwendungsgebiete:

Kleine Motoren mit 1,5 kW ohne hohes Drehmoment.

Eigenschaften:

Die Ständerwicklung besteht aus Haupt- und Hilfswicklung. Die
Hilfswicklung wird mit einem Kondensator oder Widerstand geschaltet. Bei
erfolgtem Anlauf wird die Hilfswicklung durch einen Fliehkraftschalter
abgeschaltet.

----

=== 6. Der Drehstrom ===

Dreiphasenstrom, besondere Art von Wechselstrom; entsteht durch Verkettung
(Stern- oder Dreieckschaltung) dreier um 120° phasenverschobener
Wechselströme mit gleicher Spannung und Frequenz. Gegenüber drei
Einphasenströmen lassen sich bei symmetrischer Belastung die drei
Rückleitungen einsparen. Bei unsymmetrischer Belastung nimmt ein dünner
Nulleiter den Ausgleichstrom auf. Wenn die verschiedenen Phasen auf drei
um 120° versetzte Spulen gegeben werden, entsteht ein rotierendes
Magnetfeld (Drehfeld, daher die Bezeichnung Drehstrom). Ausnutzung z. B.
im Drehstrommotor. Drehstrom ist die wichtigste und wirtschaftlichste
Stromart.

----

=== 6.1. Der Drehstrommotor ===

Der Ständer besteht hierbei im wesentlichen aus einem Ring, der aus vielen
dünnen, voneinander isolierten Blechen zusammengepresst (Blechpaket) und
längs der Bohrungsoberfläche mit axialen Nuten versehen ist, in denen die
Wicklung liegt. Diese besteht meist aus drei gleichen Strängen, die mit
den drei Leitern des Drehstromnetzes verbunden werden: Bei
Dreieckschaltung wird jeder Wicklungsstrang an jeweils zwei Netzleiter
angeschlossen; bei Sternschaltung wird jeder Netzleiter an den Anfang je
eines Wicklungsstrangs angeschlossen, und die freien Wicklungsenden werden
miteinander verbunden (Sternpunkt). Da die Summe der Ströme im
symmetrischen Drehstromsystem gleich Null ist, braucht man von hier aus
keine Rückleitung. Die drei Spannungen des Drehstromnetzes erreichen
zeitlich nacheinander ihren Höchstwert, so dass auch die magnetischen
Flüsse der drei Ständerwicklungsstränge nacheinander ihren Höchstwert
erlangen. So entsteht in der Ständerbohrung ein Gesamtfluss, dessen
Höchstwert zu verschiedenen Zeiten an verschiedenen Orten des
Bohrungsumfangs auftritt. Das magnetische Feld läuft daher längs der
inneren Oberfläche des Ständerblechpakets um.

----

=== 6.2. Der Drehstromasynchronmotor ===

Aufbau:

Wird in einem Drehstromständer ein Läufer mit eingebaut, so entsteht ein
Asynchronmotor.

Anwendungsgebiete:

Für schwierige Anlaufverhältnisse (großes Anfahrmoment) und zur Vermeidung
großer Einschaltströme, zuweilen auch zum besonders sanften Anfahren,
werden Asynchronmotoren mit Schleifringläufer bevorzugt.

Eigenschaften:

Die Drehzahl des Asynchronmotors ändert sich mit der Belastung: Im
Leerlauf erreicht er nahezu eine synchrone Drehzahl; bei Nennlast (das ist
die Belastung, für die der Motor angelegt ist) stellt sich ein
Drehzahlunterschied zwischen Ständerdrehfeld und Läufer ein, der als
Schlupf bezeichnet wird und je nach Motorgröße 0,5-10% der synchronen
Drehzahl beträgt. Im einfachsten Fall besteht die Läuferwicklung
(Sekundäranker) aus in Nuten geschobenen, oft unisolierten Kupferstäben,
die an den Enden durch angelötete Kupferringe miteinander verbunden sind
(Käfigläufer, Kurzschlussläufer); bei Motoren bis zu mehreren 100 kW wird
die Käfigwicklung auch aus Aluminium in das Läuferblechpaket gegossen. Ein
Maß für die Drehzahldifferenz ist der Schlupf, der bei normalem Betrieb
der Belastung proportional ist. Infolge des Schlupfes wird in der
Läuferwicklung ein Strom induziert, der zusammen mit dem magnetischen Feld
im Luftspalt (Drehfeld) ein Drehmoment hervorbringt. Der Asynchronmotor
ist der meistverwendete Elektromotor überhaupt.

Asynchronmotor:

; früher: Nachteil -Lauf nur mit 1 Drehzahl - keine Drehzahlstellung
möglich

; heute: Vorteil - lässt sich durch Leistungselektronik in Drehzahl von 0
bis unendlich

steuern

- nur durch speisende Netzfrequenz (Freyuenzumrichter)

Formel zur Drehfelddrehzahl:

----

=== 6.3. Der Synchronmotor ===

Aufbau:

Wird in den Drehstromständer ein Läufer mit Magnetpolen eingebaut
(Polrad), so entsteht ein Synchronmotor.

Eigenschaften:

Der Läufer umläuft unabhängig von der Belastung die synchrone Drehzahl des
Ständerfeldes. Synchronmotoren haben konstante Betriebsdrehzahlen, die
sich bei normalen Lastschwankungen nicht ändern. Die Höhe der
Stromaufnahme eines Synchronmotors richtet sich nach der Belastung an der
Welle und der Größe des Erregerstromes in der Polradwicklung. Der
Synchronmotor kann nicht (wie der Gleichstrommotor) bei Verstellung der
Erregung seine Drehzahl ändern. Ein untererregter Synchronmotor nimmt
Blindleistung aus dem Netz auf; beim übererregten Synchronmotor sind die
Betriebsbedingungen umgekehrt. Wird der Synchronmotor stark überlastet, so
bleibt er stehen und entnimmt dabei dem Netz einen unzulässig großen

Elektromotor

2008-04-15T17:15:10Z

DaDonAli:

== Das Prinzip des elektromotorischen Antriebs ==

=== 1. Elektrische Antriebe ===

Elektrische Antriebe bestehen im einfachsten Fall aus Elektromotor und
Arbeitsmaschine. Sehr oft jedoch kommen Elemente und Einrichtungen zur
Steuerung zum Schutz des Antriebs hinzu.

Die Auswahl der jeweils einzusetzenden Elektromotoren richtet sich nach
Aufgabenstellung, Stromart, Einsatzort und Betriebsart. Bei der
Betriebsart unterscheidet man z.B. Dauer und Kurzzeitbetrieb. Bei nur
kurzzeitigem Einschalten (z.B. Elektrorasierer) kann ein Motor kleinerer
Leistung als bei Dauerbetrieb gewählt werden, da in der kurzen Zeit nicht
die zulässige Grenztemperatur erreicht wird. Dabei ist jedoch die
angegebene Einschaltdauer ED (Verhältnis Einschaltzeit zu Einschalt- plus
Ruhezeit) zu beachten.

===2. Die elektromagnetische Induktion ===

Die elektromagnetische Induktion, ist die Erzeugung einer elektrischen
Spannung mit Hilfe veränderlicher magnetischer Felder. Durch Bewegen eines
elektrischen Leiters (Draht) in einem Magnetfeld entsteht an den Enden des
Leiters eine sich mit dem Bewegungsrhythmus ändernde Induktionsspannung
und beim Schließen des Stromkreises ein Induktionsstrom; darauf beruht der
Generator. Dasselbe kann bei festgehaltenem Draht durch ein zeitlich
veränderliches Magnetfeld erreicht werden. Ebenso wird durch ein zeitlich
sich änderndes elektrisches Feld ein Magnetfeld erzeugt, das andere
magnetische Substanzen anziehen oder abstoßen kann; darauf beruhen der
Motor, der Fernsprecher, der Lautsprecher u. a. Werden zwei Drähte
schichtweise übereinandergewickelt, so entsteht durch Vermittlung des
Magnetfelds bei periodischen Änderungen der Spannung in dem einen Draht
eine sich proportional dazu ebenso ändernde Spannung in dem anderen Draht;
darauf beruhen Transformatoren, Induktionsapparat (Induktoren) und
Induktionsöfen. Der Proportionalitätskoeffizient heißt der
Gegeninduktionskoeffizient (Gegeninduktivität). Schließlich kann eine
Drahtspule auch auf sich selbst zurückwirken (Selbstinduktion), wodurch
eine der angelegten Spannung entgegenwirkende Spannung entsteht, deren
Größe durch den Selbstinduktionskoeffizienten (Induktivität) bestimmt wird
und die sich als induktiver Widerstand des Drahts gegenüber Wechselstrom
auswirkt.

=== 2.0.1 Begrifferläuterungen ===

Ständer

Stator, feststehender Teil eines Elektromotors oder Generators; bei
Gleichstrommaschinen meist Träger der Feldmagnete, bei Wechselstrom- bzw.
Drehstrommaschinen meist Träger der Hauptwicklung.

Anker

1. Teil von elektrischen Maschinen (Motor, Generator): ein mit Nuten
versehenes Blechpaket, das die Ankerwicklung aufnimmt; in dieser Wicklung
wird vom magnetischen Feld eine Spannung induziert. Bei
Gleichstrommaschinen ist es meist (Außenpolmaschine) der Läufer, dessen
Wicklung über den Kommutator mit dem Gleichstromnetz verbunden wird, bei
Synchronmaschinen (Innenpolmaschinen) meist der Ständer, dessen Wicklung
mit dem Wechsel- oder Drehstromnetz verbunden wird. 2. Teil von
Elektromagneten, der bei stromdurchflossener Erregerspule (Feldspule)
angezogen wird und dabei eine Arbeit verrichten kann, z. B. bei Relais,
Hubmagneten u. ä.

Kommutator

[der, Mehrzahl Kommutatoren; lateinisch] Stromwender, eine Vorrichtung an
elektrischen Generatoren und Elektromotoren aus ringförmig angeordneten,
gegeneinander und gegen die Läuferwelle isolierten Segmenten, die
einerseits paarweise mit je einem Anschluss der Ankerwicklung verbunden
sind, andererseits von einer Schleifbürste berührt werden, an die sich der
äußere Stromkreis anschließt. Der Kommutator hat die Aufgabe, sich bei
drehendem Läufer den in den Wicklungsteilen sinusförmig pulsenden Strom
abzunehmen und ihn gleichzurichten, d. h. deren Anschlüsse wechselweise
mit dem äußeren Netz so zu verbinden, dass in diesem die Stromrichtung
unverändert bleibt.

Sternschaltung

elektrische Anschlussschaltung für drei Verbraucher oder Wicklungen an das
Drehstromnetz. Dabei wird jeweils einer der beiden Verbraucheranschlüsse
an je einen Leiter des Drehstromnetzes, der andere an einen gemeinsamen
Sternpunkt (in Niederspannungsnetzen oft geerdet, Nulleiter)
angeschlossen. Bei drei gleichen Verbrauchern fließt im Nulleiter kein
Strom. Die Spannung an jedem der drei Verbraucher ist 1/Ö (3) der Spannung
zwischen den Leitern des Drehstromnetzes, z. B. 220/380 V.
Dreieckschaltung.

Schlupf

bei Asynchronmotoren das Maß für den Unterschied zwischen der
tatsächlichen Drehzahl (n) des Läufers und der synchronen Drehzahl (nsyn)
des Drehfelds. Berechnung: (nsyn - n) / nsyn = S (in Prozent). Der Schlupf
steigt mit der Belastung des Motors. Ein idealer Schlupf von 0% ist nicht
zu verwirklichen, da dann keine antreibenden Drehmomente auftreten.

Käfigläufer

der Läufer einer Asynchronmaschine, bei dem die Läuferwicklung aus blanken
oder isolierten Metallstäben besteht, die in die Nuten des
Läuferblechpakets eingelegt werden und an den Enden durch Kurzschlußringe
(Endringe) verbunden sind.

Polrad

der die Magnetpole mit der gleichstromgespeisten Erregerwicklung tragende
Läufer bei Wechselstromgeneratoren und Synchronmotoren (Generator).

=== 2.1 Kurze Übersicht der Motoren ===

Motoren

Elektromotoren Verbrennungsmotoren

Dampf Benzin Diesel

Drehfeld- Stromwender-

maschinen maschinen

Wechseltrom- Drehstrom- Universalmotoren Gleichstrommotoren

maschinen maschinen

Reihenschlussmotor, Hauptschlussmotor, da Ankerstrom gleich Ständerstrom

Synchronmotor: Drehfeldzahl = Läuferdrehzahl

Asynchronmotor: Drehfelddrehzahl größer Läuferdrehzahl

=== 2.2 Wirkungsgrad von Elektromotore ===

3. Der Elektromotor

Der Elektromotor ist ein Energiewandler, der elektrische Energie in
mechanische Energie, zum Antrieb von Maschinen, Fahrzeugen u. ä.
umwandelt. Dies geschieht mit Hilfe der Kraftwirkung zwischen einem
Magnetfeld und einem stromdurchflossenen Leiter. Hauptteile sind der
feststehende Ständer (Stator) mit der Erregerwicklung und der drehbare
Läufer (Rotor, Anker) mit der Ankerwicklung. Alle Elektromotoren können
auch als Generator verwendet werden. Neben dem rotierenden Elektromotor
gibt es auch den Linearmotor zu der Erzeugung von geradliniger Bewegung.

Elektromotoren werden für Leistungen bis etwa 10 MW gebaut und vielseitig
verwendet zum Beispiel für den Antrieb von Haushaltsgeräten, Büromaschinen
und Elektrowerkzeuge aber auch Pumpen, Förderanlagen, Walzenstraßen und
elektrischen Bahnen.

Elektrische Motoren dürfen kurzzeitig über ihre Nennleistung hinaus
belastet werde. Die Grenze dafür ist beim Gleichstrommotor die zulässige
Beanspruchung des Kommutators. Im Dauerbetrieb wird die Belastungsarbeit
durch die Wärme begrenzt.

=== 3.1. Wie funktioniert ein Elektromotor? ===

Wird dem Elektromotor Strom zugeführt, entsteht am Metallring ein Minus-
und ein Pluspol. Da durch die Spulen ebenfalls ein Strom fließt, bilden
sich auch ein Nord- und ein Südpol. Dann wird der Südpol der einen, dem
festen Nordpol der anderen angezogen. Dort ist der Strom am Metallring
unterbrochen (Totpunkt), die Spule aber dreht sich durch den Schwung
weiter. Dadurch wechselt der Strom am Metallring und somit auch die Pole
an den Spulen. Nordpol und Südpol stoßen sich ab und der Motor mach eine
halbe Drehung.

===4. Gleichstrom ===

elektrischer Strom gleichbleibender Richtung, im Gegensatz zum
Wechselstrom, dessen Richtung sich periodisch ändert. Reiner Gleichstrom
entsteht auf chemischem Wege in galvanischen Elementen oder Akkumulatoren;
der durch Gleichrichter oder Generatoren gewonnene Gleichstrom enthält
einen überlagerten Wechselstromanteil. Gleichstrom wird in der
Nachrichtentechnik zum Betrieb von Relais, Wählern, Elektronenröhren und
Transistoren gebraucht, in der Starkstromtechnik für regelbare
Motorantriebe, vor allem in Maschinen und Elektro-Bahnen, und außerdem für
galvanische Anlagen. Für den Transport hoher Leistungen über große
Entfernung, besonders in Kabelleitungen, verwendet man
Gleichstromübertragung mit Spannungen bis 1 Mill. Volt. Fernmeldeanlagen
arbeiten mit Gleichstrom bis zu 60 Volt; Straßenbahnen, Obusse, Schnell-
und Untergrundbahnen betreibt man mit Gleichstrom von 500—1500 Volt
Spannung.

== 4.1. Der Gleichstrommotor ==

Der Gleichstrommotor ist ein mit Gleichstrom gespeister und mit
Gleichstrom-Elektromagnet oder Permanentmagnet erregter Elektromotor; und
wird als Reihenschluss-, Nebenschluss- oder Kompound- (Doppelschluss-)
Motor ausgeführt.

Der Stator besteht in der Regel aus einem Ring aus Walzstahl, auf dessen
Innenseite die Hauptpole (meist Elektromagnete mit einer Feldspule) und
die Wendepole befestigt sind. Zwischen den Polen dreht sich der
trommelförmige Läufer, der die Ankerwicklung trägt. (Daher nennt man den
Läufer von Gleichstrommaschinen häufig auch Anker.) Die Ankerwicklung
besteht aus vielen Spulen, die meist in Nuten des Läuferblechpakets
eingelegt und deren Enden am Kollektor angeschlossen sind. Auf den
Kollektorlamellen

schleifen die feststehenden Bürsten, über die der Ankerwicklung ein
Ankerstrom zugeführt wird. - Wenn der magnetische Fluss der Hauptpole
vorhanden ist, entsteht durch den in der Ankerwicklung fließenden Strom
ein Magnetfeld, dass das Hauptfeld des Stators senkrecht durchsetzt. Aus
der Überlagerung der beiden Felder ergibt sich ein Drehmoment: Der Läufer
dreht sich. Der aus Bürsten und Kollektor bestehende Stromwender
(Kommutator) sorgt nun dafür, dass die umlaufende Ankerwicklung den Strom
so zugeführt bekommt, dass ein möglichst großes Drehmoment entsteht. Zur
Erleichterung der Stromwendung dienen die vom Ankerstrom durchflossenen
Wendepole. Entsprechend der periodischen Veränderung des magnetischen
Flusses in den sich unter den feststehenden Hauptpolen hinwegdrehenden
Ankerteilen fließt in der Ankerwicklung der Gleichstrommaschine ein
Wechselstrom (der durch den Kommutator gleichgerichtet wird). Das
Ankereisen wird als Blechpaket (isolierte Eisenbleche) gebaut, um
Wirbelstromverluste klein zu halten. Häufig werden Anker- und
Erregerwicklung je an eine feste Spannung angeschlossen (fremderregter
Gleichstrommotor), wobei dann meist die Erregerwicklung (Feldwicklung) so
angelegt wird, dass sie parallel zum Anker an dieselbe Spannungsquelle
angeschlossen werden kann (Nebenschlussmotor). Bei den
Reihenschlussmotoren (Hauptschlussmotoren) werden dagegen Anker- und
Feldwicklung in Reihe geschaltet, so dass sie vom selben Strom
durchflossen werden.

=== 4.2. Gleichstrom-Reihenschlussmotor ===

Aufbau:

Die Feldwicklung und der Anker sind in Reihe geschaltet. Die Feldwicklung
hat wenige Windungen und starken Draht.

Anwendungsgebiete:

Bahnen, Hebefahrzeuge und Anlasser sind geeignet für wechselnde Belastung
und wechselnde Drehszahl für direkte Kupplung und Zahnradantriebe. Die
Wendepole haben die Aufgabe das Bürstenfeuer zu unterdrücken. Die
Drehrichtung wird durch das Umpolen der Stromrichtung im Anker geändert.

Eigenschaften:

Die Drehzahl wird mit einem Fahrschalter oder Anlasser geregelt. Da der
Motor im Leerlauf durchgeht ist er für Riemenbetrieb nicht geeignet.

=== 4.3. Gleichstrom-Nebenschlussmotor===

Aufbau:

Die Feldwicklung hat viele Windungen aus dünnem Draht. Die Feldrichtung
ist parallel zum Anker geschalten.

Anwendungsgebiete:

Bei allen Antrieben, die relativ konstante Drehzahlen bei wechselnder
Belastung besitzen.

Eigenschaften:

Fast gleichbleibende Drehzahl bei wechselnder Belastung.

=== 4.4. Gleichstrom-Doppelschlussmotor ===

Aufbau:

Die Feldwicklung (Pole) tragen gleichzeitig einen Nebenschluss und einen
Hauptschlusswicklung.

Anwendungsgebiete:

Nur für Sonderzwecke wie bei Aufzügen, Akkumulatoren oder Triebwagen.

Eigenschaften:

Je nachdem, ob die Hauptschluss- oder Nebenschlusswicklung überwiegt, ist
seine Drehzahlcharrakterristik mehr der Nebenschluss oder der
Reihenschlussform ähnlich.

=== 4.5. Drehzahlregelbarer Gleichstrommotor ===

Aufbau:

Prinzip wie bei Gleichstromnebenschlussmotor. Die Feldwicklung wird
konstant an 220V angeschlossen. Der Anker wird mit einer Spannung von
0-440V gespeist, je nach benötigter Drehzahl (Lenzsche Steuerung
Elektronisch) Der Luftspalt zwischen Pol und Anker ist etwas größer, damit
wird ein weicherer Anlauf erreicht.

Anwendungsgebiete:

Rollenbänder Automatisierungstechnik

Eigenschaften (Wirkungsweise):

Um jede Wirkung einer Ankerwicklung baut sich bei Stromdurchfluss ein
kreisendes Kraftfeld auf. Sind auch die Hauptpole stromdurchflossen, so
wirken Pol und Ankerfeld so aufeinander, das der Anker in Bewegung gerät.
Die Richtung dieser Umdrehung lässt sich durch die Linke- Hand-Regel
ermitteln. Weil ein Gleichstromfeld die Pole nicht wechselt, bleibt die
Richtung, die Bewegung aller Ankerwicklungen des gleichen Feldes die
selbe. Ein Umschalten der Pole oder des Ankers muss demnach eine Änderung
der Drehrichtung des Motors zur Folge haben.

=== 5. Der Wechselstrom ===

Der Wechselstrom ist ein elektrischer Strom, dessen Stärke und Richtung
sich periodisch ändern; wird durch Generatoren oder elektrische
Schwingungserzeuger (Sender) hergestellt. Eine Periode des Wechselstroms
umfaßt den Anstieg der Stromstärke von Null auf den positiven Scheitelwert
(Maximalwert, Amplitude), den Abfall über Null und den negativen
Scheitelwert sowie den Anstieg wieder auf Null. Die Anzahl der Perioden
pro Sekunde gibt die Frequenz des Wechselstroms an (in Hertz). Die Zahl
der Richtungswechsel (Wechselzahl) ist gleich der doppelten Periodenzahl.
Im allgemeinen ist der Strom- und Spannungsverlauf sinusförmig;
Abweichungen sind als Überlagerung einer sinusförmigen Grundwelle und
ihrer sinusförmigen Oberwellen aufzufassen. Die Anteile der verschiedenen
Oberwellen lassen sich durch die Fourier-Analyse bestimmen. Infolge der
regelmäßigen Schwankung der Stromstärke des Wechselstroms wirkt sich
dieser nicht mit dem Scheitel-, sondern mit dem Effektivwert (Scheitelwert
geteilt durch 2) des Stroms (z. B. bei der Wärmeerzeugung) aus. Der
Wechselstromwiderstand ist im Allgemeinen aus einem frequenzunabhängigen
Ohmschen (Wirkwiderstand) und aus einem frequenzabhängigen induktiven und
kapazitiven Teil (Blindwiderstand) zusammengesetzt. Für ihn gilt auch das
Ohmsche Gesetz. Der Blindwiderstand bewirkt eine Phasenverschiebung von
Strom und Spannung, von der auch die Wirkleistung abhängt (Watt). Der
technisch verwendete Wechselstrom ist meist Drehstrom, der eine Frequenz
von 50 Hz hat (in USA 60 Hz). Bei elektrischen Eisenbahnen wird 162/3
Hz-Wechselstrom verwendet. Mit dem Strom ändert sich auch das magnetische
Feld. Nach den Induktionsgesetzen können dann in benachbarten Leitern
entsprechende Spannungen induziert werden. Da der Wechselstrom sich auf
diese Weise leicht beliebig umformen (Transformator) und ohne große
Verluste fortleiten läßt, wird er zur Übertragung der elektrischen Energie
auf große Entfernungen benutzt. Die Hochfrequenztechnik verwendet
Wechselströme sehr hoher Schwingungszahl.

=== 5.1. Der Einphasenwechselstrommotor ===

Aufbau:

Der Aufbau ist ähnlich dem Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer.
Anwendungsgebiete:

Kleine Motoren mit 1,5 kW ohne hohes Drehmoment.

Eigenschaften:

Die Ständerwicklung besteht aus Haupt- und Hilfswicklung. Die
Hilfswicklung wird mit einem Kondensator oder Widerstand geschaltet. Bei
erfolgtem Anlauf wird die Hilfswicklung durch einen Fliehkraftschalter
abgeschaltet.

=== 6. Der Drehstrom ===

Dreiphasenstrom, besondere Art von Wechselstrom; entsteht durch Verkettung
(Stern- oder Dreieckschaltung) dreier um 120° phasenverschobener
Wechselströme mit gleicher Spannung und Frequenz. Gegenüber drei
Einphasenströmen lassen sich bei symmetrischer Belastung die drei
Rückleitungen einsparen. Bei unsymmetrischer Belastung nimmt ein dünner
Nulleiter den Ausgleichstrom auf. Wenn die verschiedenen Phasen auf drei
um 120° versetzte Spulen gegeben werden, entsteht ein rotierendes
Magnetfeld (Drehfeld, daher die Bezeichnung Drehstrom). Ausnutzung z. B.
im Drehstrommotor. Drehstrom ist die wichtigste und wirtschaftlichste
Stromart.

=== 6.1. Der Drehstrommotor ===

Der Ständer besteht hierbei im wesentlichen aus einem Ring, der aus vielen
dünnen, voneinander isolierten Blechen zusammengepresst (Blechpaket) und
längs der Bohrungsoberfläche mit axialen Nuten versehen ist, in denen die
Wicklung liegt. Diese besteht meist aus drei gleichen Strängen, die mit
den drei Leitern des Drehstromnetzes verbunden werden: Bei
Dreieckschaltung wird jeder Wicklungsstrang an jeweils zwei Netzleiter
angeschlossen; bei Sternschaltung wird jeder Netzleiter an den Anfang je
eines Wicklungsstrangs angeschlossen, und die freien Wicklungsenden werden
miteinander verbunden (Sternpunkt). Da die Summe der Ströme im
symmetrischen Drehstromsystem gleich Null ist, braucht man von hier aus
keine Rückleitung. Die drei Spannungen des Drehstromnetzes erreichen
zeitlich nacheinander ihren Höchstwert, so dass auch die magnetischen
Flüsse der drei Ständerwicklungsstränge nacheinander ihren Höchstwert
erlangen. So entsteht in der Ständerbohrung ein Gesamtfluss, dessen
Höchstwert zu verschiedenen Zeiten an verschiedenen Orten des
Bohrungsumfangs auftritt. Das magnetische Feld läuft daher längs der
inneren Oberfläche des Ständerblechpakets um.

=== 6.2. Der Drehstromasynchronmotor ===

Aufbau:

Wird in einem Drehstromständer ein Läufer mit eingebaut, so entsteht ein
Asynchronmotor.

Anwendungsgebiete:

Für schwierige Anlaufverhältnisse (großes Anfahrmoment) und zur Vermeidung
großer Einschaltströme, zuweilen auch zum besonders sanften Anfahren,
werden Asynchronmotoren mit Schleifringläufer bevorzugt.

Eigenschaften:

Die Drehzahl des Asynchronmotors ändert sich mit der Belastung: Im
Leerlauf erreicht er nahezu eine synchrone Drehzahl; bei Nennlast (das ist
die Belastung, für die der Motor angelegt ist) stellt sich ein
Drehzahlunterschied zwischen Ständerdrehfeld und Läufer ein, der als
Schlupf bezeichnet wird und je nach Motorgröße 0,5-10% der synchronen
Drehzahl beträgt. Im einfachsten Fall besteht die Läuferwicklung
(Sekundäranker) aus in Nuten geschobenen, oft unisolierten Kupferstäben,
die an den Enden durch angelötete Kupferringe miteinander verbunden sind
(Käfigläufer, Kurzschlussläufer); bei Motoren bis zu mehreren 100 kW wird
die Käfigwicklung auch aus Aluminium in das Läuferblechpaket gegossen. Ein
Maß für die Drehzahldifferenz ist der Schlupf, der bei normalem Betrieb
der Belastung proportional ist. Infolge des Schlupfes wird in der
Läuferwicklung ein Strom induziert, der zusammen mit dem magnetischen Feld
im Luftspalt (Drehfeld) ein Drehmoment hervorbringt. Der Asynchronmotor
ist der meistverwendete Elektromotor überhaupt.

Asynchronmotor:

; früher: Nachteil -Lauf nur mit 1 Drehzahl - keine Drehzahlstellung
möglich

; heute: Vorteil - lässt sich durch Leistungselektronik in Drehzahl von 0
bis unendlich

steuern

- nur durch speisende Netzfrequenz (Freyuenzumrichter)

Formel zur Drehfelddrehzahl:

6.3. Der Synchronmotor

Aufbau:

Wird in den Drehstromständer ein Läufer mit Magnetpolen eingebaut
(Polrad), so entsteht ein Synchronmotor.

Eigenschaften:

Der Läufer umläuft unabhängig von der Belastung die synchrone Drehzahl des
Ständerfeldes. Synchronmotoren haben konstante Betriebsdrehzahlen, die
sich bei normalen Lastschwankungen nicht ändern. Die Höhe der
Stromaufnahme eines Synchronmotors richtet sich nach der Belastung an der
Welle und der Größe des Erregerstromes in der Polradwicklung. Der
Synchronmotor kann nicht (wie der Gleichstrommotor) bei Verstellung der
Erregung seine Drehzahl ändern. Ein untererregter Synchronmotor nimmt
Blindleistung aus dem Netz auf; beim übererregten Synchronmotor sind die
Betriebsbedingungen umgekehrt. Wird der Synchronmotor stark überlastet, so
bleibt er stehen und entnimmt dabei dem Netz einen unzulässig großen
Strom.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Quellenangaben:

- VEB Leipzig: "Kleine Enzyklopädie Technik"

- Vogel Fachbuch: " Mathematische und elektrotechnische Grundlagen"

- Dümmler·Bonn: „Friedrich Tabellenbuch Elektrotechnik, Elektronik“

- Rudolf Reinhardt: „Die Elektrotechnik“

- „Bertelsmann Lexikon“

- VEB Leipzig „“Friedrich Tabellenbücher Elektrotechnik“

- Volk und Wissen „Starkstrom- und Installationstechnik“

- Europa Lehrmittel: „Fachkunde Elektrotechnik“

- Europa Lehrmittel: „Praxis Elektrotechnik“

- Internet

Elektromotor

2008-04-15T17:13:20Z

DaDonAli:

== Das Prinzip des elektromotorischen Antriebs ==

=== 1. Elektrische Antriebe: ===

Elektrische Antriebe bestehen im einfachsten Fall aus Elektromotor und
Arbeitsmaschine. Sehr oft jedoch kommen Elemente und Einrichtungen zur
Steuerung zum Schutz des Antriebs hinzu.

Die Auswahl der jeweils einzusetzenden Elektromotoren richtet sich nach
Aufgabenstellung, Stromart, Einsatzort und Betriebsart. Bei der
Betriebsart unterscheidet man z.B. Dauer und Kurzzeitbetrieb. Bei nur
kurzzeitigem Einschalten (z.B. Elektrorasierer) kann ein Motor kleinerer
Leistung als bei Dauerbetrieb gewählt werden, da in der kurzen Zeit nicht
die zulässige Grenztemperatur erreicht wird. Dabei ist jedoch die
angegebene Einschaltdauer ED (Verhältnis Einschaltzeit zu Einschalt- plus
Ruhezeit) zu beachten.

===
2. Die elektromagnetische Induktion ===

Die elektromagnetische Induktion, ist die Erzeugung einer elektrischen
Spannung mit Hilfe veränderlicher magnetischer Felder. Durch Bewegen eines
elektrischen Leiters (Draht) in einem Magnetfeld entsteht an den Enden des
Leiters eine sich mit dem Bewegungsrhythmus ändernde Induktionsspannung
und beim Schließen des Stromkreises ein Induktionsstrom; darauf beruht der
Generator. Dasselbe kann bei festgehaltenem Draht durch ein zeitlich
veränderliches Magnetfeld erreicht werden. Ebenso wird durch ein zeitlich
sich änderndes elektrisches Feld ein Magnetfeld erzeugt, das andere
magnetische Substanzen anziehen oder abstoßen kann; darauf beruhen der
Motor, der Fernsprecher, der Lautsprecher u. a. Werden zwei Drähte
schichtweise übereinandergewickelt, so entsteht durch Vermittlung des
Magnetfelds bei periodischen Änderungen der Spannung in dem einen Draht
eine sich proportional dazu ebenso ändernde Spannung in dem anderen Draht;
darauf beruhen Transformatoren, Induktionsapparat (Induktoren) und
Induktionsöfen. Der Proportionalitätskoeffizient heißt der
Gegeninduktionskoeffizient (Gegeninduktivität). Schließlich kann eine
Drahtspule auch auf sich selbst zurückwirken (Selbstinduktion), wodurch
eine der angelegten Spannung entgegenwirkende Spannung entsteht, deren
Größe durch den Selbstinduktionskoeffizienten (Induktivität) bestimmt wird
und die sich als induktiver Widerstand des Drahts gegenüber Wechselstrom
auswirkt.

=== 2.0.1 Begrifferläuterungen ===

Ständer

Stator, feststehender Teil eines Elektromotors oder Generators; bei
Gleichstrommaschinen meist Träger der Feldmagnete, bei Wechselstrom- bzw.
Drehstrommaschinen meist Träger der Hauptwicklung.

Anker

1. Teil von elektrischen Maschinen (Motor, Generator): ein mit Nuten
versehenes Blechpaket, das die Ankerwicklung aufnimmt; in dieser Wicklung
wird vom magnetischen Feld eine Spannung induziert. Bei
Gleichstrommaschinen ist es meist (Außenpolmaschine) der Läufer, dessen
Wicklung über den Kommutator mit dem Gleichstromnetz verbunden wird, bei
Synchronmaschinen (Innenpolmaschinen) meist der Ständer, dessen Wicklung
mit dem Wechsel- oder Drehstromnetz verbunden wird. 2. Teil von
Elektromagneten, der bei stromdurchflossener Erregerspule (Feldspule)
angezogen wird und dabei eine Arbeit verrichten kann, z. B. bei Relais,
Hubmagneten u. ä.

Kommutator

[der, Mehrzahl Kommutatoren; lateinisch] Stromwender, eine Vorrichtung an
elektrischen Generatoren und Elektromotoren aus ringförmig angeordneten,
gegeneinander und gegen die Läuferwelle isolierten Segmenten, die
einerseits paarweise mit je einem Anschluss der Ankerwicklung verbunden
sind, andererseits von einer Schleifbürste berührt werden, an die sich der
äußere Stromkreis anschließt. Der Kommutator hat die Aufgabe, sich bei
drehendem Läufer den in den Wicklungsteilen sinusförmig pulsenden Strom
abzunehmen und ihn gleichzurichten, d. h. deren Anschlüsse wechselweise
mit dem äußeren Netz so zu verbinden, dass in diesem die Stromrichtung
unverändert bleibt.

Sternschaltung

elektrische Anschlussschaltung für drei Verbraucher oder Wicklungen an das
Drehstromnetz. Dabei wird jeweils einer der beiden Verbraucheranschlüsse
an je einen Leiter des Drehstromnetzes, der andere an einen gemeinsamen
Sternpunkt (in Niederspannungsnetzen oft geerdet, Nulleiter)
angeschlossen. Bei drei gleichen Verbrauchern fließt im Nulleiter kein
Strom. Die Spannung an jedem der drei Verbraucher ist 1/Ö (3) der Spannung
zwischen den Leitern des Drehstromnetzes, z. B. 220/380 V.
Dreieckschaltung.

Schlupf

bei Asynchronmotoren das Maß für den Unterschied zwischen der
tatsächlichen Drehzahl (n) des Läufers und der synchronen Drehzahl (nsyn)
des Drehfelds. Berechnung: (nsyn - n) / nsyn = S (in Prozent). Der Schlupf
steigt mit der Belastung des Motors. Ein idealer Schlupf von 0% ist nicht
zu verwirklichen, da dann keine antreibenden Drehmomente auftreten.

Käfigläufer

der Läufer einer Asynchronmaschine, bei dem die Läuferwicklung aus blanken
oder isolierten Metallstäben besteht, die in die Nuten des
Läuferblechpakets eingelegt werden und an den Enden durch Kurzschlußringe
(Endringe) verbunden sind.

Polrad

der die Magnetpole mit der gleichstromgespeisten Erregerwicklung tragende
Läufer bei Wechselstromgeneratoren und Synchronmotoren (Generator).

=== 2.1 Kurze Übersicht der Motoren ===

Motoren

Elektromotoren Verbrennungsmotoren

Dampf Benzin Diesel

Drehfeld- Stromwender-

maschinen maschinen

Wechseltrom- Drehstrom- Universalmotoren Gleichstrommotoren

maschinen maschinen

Reihenschlussmotor, Hauptschlussmotor, da Ankerstrom gleich Ständerstrom

Synchronmotor: Drehfeldzahl = Läuferdrehzahl

Asynchronmotor: Drehfelddrehzahl größer Läuferdrehzahl

=== 2.2 Wirkungsgrad von Elektromotore ===n

3. Der Elektromotor

Der Elektromotor ist ein Energiewandler, der elektrische Energie in
mechanische Energie, zum Antrieb von Maschinen, Fahrzeugen u. ä.
umwandelt. Dies geschieht mit Hilfe der Kraftwirkung zwischen einem
Magnetfeld und einem stromdurchflossenen Leiter. Hauptteile sind der
feststehende Ständer (Stator) mit der Erregerwicklung und der drehbare
Läufer (Rotor, Anker) mit der Ankerwicklung. Alle Elektromotoren können
auch als Generator verwendet werden. Neben dem rotierenden Elektromotor
gibt es auch den Linearmotor zu der Erzeugung von geradliniger Bewegung.

Elektromotoren werden für Leistungen bis etwa 10 MW gebaut und vielseitig
verwendet zum Beispiel für den Antrieb von Haushaltsgeräten, Büromaschinen
und Elektrowerkzeuge aber auch Pumpen, Förderanlagen, Walzenstraßen und
elektrischen Bahnen.

Elektrische Motoren dürfen kurzzeitig über ihre Nennleistung hinaus
belastet werde. Die Grenze dafür ist beim Gleichstrommotor die zulässige
Beanspruchung des Kommutators. Im Dauerbetrieb wird die Belastungsarbeit
durch die Wärme begrenzt.

=== 3.1. Wie funktioniert ein Elektromotor? ===

Wird dem Elektromotor Strom zugeführt, entsteht am Metallring ein Minus-
und ein Pluspol. Da durch die Spulen ebenfalls ein Strom fließt, bilden
sich auch ein Nord- und ein Südpol. Dann wird der Südpol der einen, dem
festen Nordpol der anderen angezogen. Dort ist der Strom am Metallring
unterbrochen (Totpunkt), die Spule aber dreht sich durch den Schwung
weiter. Dadurch wechselt der Strom am Metallring und somit auch die Pole
an den Spulen. Nordpol und Südpol stoßen sich ab und der Motor mach eine
halbe Drehung.

===
4. Gleichstrom: ===

elektrischer Strom gleichbleibender Richtung, im Gegensatz zum
Wechselstrom, dessen Richtung sich periodisch ändert. Reiner Gleichstrom
entsteht auf chemischem Wege in galvanischen Elementen oder Akkumulatoren;
der durch Gleichrichter oder Generatoren gewonnene Gleichstrom enthält
einen überlagerten Wechselstromanteil. Gleichstrom wird in der
Nachrichtentechnik zum Betrieb von Relais, Wählern, Elektronenröhren und
Transistoren gebraucht, in der Starkstromtechnik für regelbare
Motorantriebe, vor allem in Maschinen und Elektro-Bahnen, und außerdem für
galvanische Anlagen. Für den Transport hoher Leistungen über große
Entfernung, besonders in Kabelleitungen, verwendet man
Gleichstromübertragung mit Spannungen bis 1 Mill. Volt. Fernmeldeanlagen
arbeiten mit Gleichstrom bis zu 60 Volt; Straßenbahnen, Obusse, Schnell-
und Untergrundbahnen betreibt man mit Gleichstrom von 500—1500 Volt
Spannung.

== 4.1. Der Gleichstrommotor ==

Der Gleichstrommotor ist ein mit Gleichstrom gespeister und mit
Gleichstrom-Elektromagnet oder Permanentmagnet erregter Elektromotor; und
wird als Reihenschluss-, Nebenschluss- oder Kompound- (Doppelschluss-)
Motor ausgeführt.

Der Stator besteht in der Regel aus einem Ring aus Walzstahl, auf dessen
Innenseite die Hauptpole (meist Elektromagnete mit einer Feldspule) und
die Wendepole befestigt sind. Zwischen den Polen dreht sich der
trommelförmige Läufer, der die Ankerwicklung trägt. (Daher nennt man den
Läufer von Gleichstrommaschinen häufig auch Anker.) Die Ankerwicklung
besteht aus vielen Spulen, die meist in Nuten des Läuferblechpakets
eingelegt und deren Enden am Kollektor angeschlossen sind. Auf den
Kollektorlamellen

schleifen die feststehenden Bürsten, über die der Ankerwicklung ein
Ankerstrom zugeführt wird. - Wenn der magnetische Fluss der Hauptpole
vorhanden ist, entsteht durch den in der Ankerwicklung fließenden Strom
ein Magnetfeld, dass das Hauptfeld des Stators senkrecht durchsetzt. Aus
der Überlagerung der beiden Felder ergibt sich ein Drehmoment: Der Läufer
dreht sich. Der aus Bürsten und Kollektor bestehende Stromwender
(Kommutator) sorgt nun dafür, dass die umlaufende Ankerwicklung den Strom
so zugeführt bekommt, dass ein möglichst großes Drehmoment entsteht. Zur
Erleichterung der Stromwendung dienen die vom Ankerstrom durchflossenen
Wendepole. Entsprechend der periodischen Veränderung des magnetischen
Flusses in den sich unter den feststehenden Hauptpolen hinwegdrehenden
Ankerteilen fließt in der Ankerwicklung der Gleichstrommaschine ein
Wechselstrom (der durch den Kommutator gleichgerichtet wird). Das
Ankereisen wird als Blechpaket (isolierte Eisenbleche) gebaut, um
Wirbelstromverluste klein zu halten. Häufig werden Anker- und
Erregerwicklung je an eine feste Spannung angeschlossen (fremderregter
Gleichstrommotor), wobei dann meist die Erregerwicklung (Feldwicklung) so
angelegt wird, dass sie parallel zum Anker an dieselbe Spannungsquelle
angeschlossen werden kann (Nebenschlussmotor). Bei den
Reihenschlussmotoren (Hauptschlussmotoren) werden dagegen Anker- und
Feldwicklung in Reihe geschaltet, so dass sie vom selben Strom
durchflossen werden.

=== 4.2. Gleichstrom-Reihenschlussmotor: ===

Aufbau:

Die Feldwicklung und der Anker sind in Reihe geschaltet. Die Feldwicklung
hat wenige Windungen und starken Draht.

Anwendungsgebiete:

Bahnen, Hebefahrzeuge und Anlasser sind geeignet für wechselnde Belastung
und wechselnde Drehszahl für direkte Kupplung und Zahnradantriebe. Die
Wendepole haben die Aufgabe das Bürstenfeuer zu unterdrücken. Die
Drehrichtung wird durch das Umpolen der Stromrichtung im Anker geändert.

Eigenschaften:

Die Drehzahl wird mit einem Fahrschalter oder Anlasser geregelt. Da der
Motor im Leerlauf durchgeht ist er für Riemenbetrieb nicht geeignet.

=== 4.3. Gleichstrom-Nebenschlussmotor:
===
Aufbau:

Die Feldwicklung hat viele Windungen aus dünnem Draht. Die Feldrichtung
ist parallel zum Anker geschalten.

Anwendungsgebiete:

Bei allen Antrieben, die relativ konstante Drehzahlen bei wechselnder
Belastung besitzen.

Eigenschaften:

Fast gleichbleibende Drehzahl bei wechselnder Belastung.

=== 4.4. Gleichstrom-Doppelschlussmotor: ===

Aufbau:

Die Feldwicklung (Pole) tragen gleichzeitig einen Nebenschluss und einen
Hauptschlusswicklung.

Anwendungsgebiete:

Nur für Sonderzwecke wie bei Aufzügen, Akkumulatoren oder Triebwagen.

Eigenschaften:

Je nachdem, ob die Hauptschluss- oder Nebenschlusswicklung überwiegt, ist
seine Drehzahlcharrakterristik mehr der Nebenschluss oder der
Reihenschlussform ähnlich.

=== 4.5. Drehzahlregelbarer Gleichstrommotor: ===

Aufbau:

Prinzip wie bei Gleichstromnebenschlussmotor. Die Feldwicklung wird
konstant an 220V angeschlossen. Der Anker wird mit einer Spannung von
0-440V gespeist, je nach benötigter Drehzahl (Lenzsche Steuerung
Elektronisch) Der Luftspalt zwischen Pol und Anker ist etwas größer, damit
wird ein weicherer Anlauf erreicht.

Anwendungsgebiete:

Rollenbänder Automatisierungstechnik

Eigenschaften (Wirkungsweise):

Um jede Wirkung einer Ankerwicklung baut sich bei Stromdurchfluss ein
kreisendes Kraftfeld auf. Sind auch die Hauptpole stromdurchflossen, so
wirken Pol und Ankerfeld so aufeinander, das der Anker in Bewegung gerät.
Die Richtung dieser Umdrehung lässt sich durch die Linke- Hand-Regel
ermitteln. Weil ein Gleichstromfeld die Pole nicht wechselt, bleibt die
Richtung, die Bewegung aller Ankerwicklungen des gleichen Feldes die
selbe. Ein Umschalten der Pole oder des Ankers muss demnach eine Änderung
der Drehrichtung des Motors zur Folge haben.

=== 5. Der Wechselstrom ===

Der Wechselstrom ist ein elektrischer Strom, dessen Stärke und Richtung
sich periodisch ändern; wird durch Generatoren oder elektrische
Schwingungserzeuger (Sender) hergestellt. Eine Periode des Wechselstroms
umfaßt den Anstieg der Stromstärke von Null auf den positiven Scheitelwert
(Maximalwert, Amplitude), den Abfall über Null und den negativen
Scheitelwert sowie den Anstieg wieder auf Null. Die Anzahl der Perioden
pro Sekunde gibt die Frequenz des Wechselstroms an (in Hertz). Die Zahl
der Richtungswechsel (Wechselzahl) ist gleich der doppelten Periodenzahl.
Im allgemeinen ist der Strom- und Spannungsverlauf sinusförmig;
Abweichungen sind als Überlagerung einer sinusförmigen Grundwelle und
ihrer sinusförmigen Oberwellen aufzufassen. Die Anteile der verschiedenen
Oberwellen lassen sich durch die Fourier-Analyse bestimmen. Infolge der
regelmäßigen Schwankung der Stromstärke des Wechselstroms wirkt sich
dieser nicht mit dem Scheitel-, sondern mit dem Effektivwert (Scheitelwert
geteilt durch 2) des Stroms (z. B. bei der Wärmeerzeugung) aus. Der
Wechselstromwiderstand ist im Allgemeinen aus einem frequenzunabhängigen
Ohmschen (Wirkwiderstand) und aus einem frequenzabhängigen induktiven und
kapazitiven Teil (Blindwiderstand) zusammengesetzt. Für ihn gilt auch das
Ohmsche Gesetz. Der Blindwiderstand bewirkt eine Phasenverschiebung von
Strom und Spannung, von der auch die Wirkleistung abhängt (Watt). Der
technisch verwendete Wechselstrom ist meist Drehstrom, der eine Frequenz
von 50 Hz hat (in USA 60 Hz). Bei elektrischen Eisenbahnen wird 162/3
Hz-Wechselstrom verwendet. Mit dem Strom ändert sich auch das magnetische
Feld. Nach den Induktionsgesetzen können dann in benachbarten Leitern
entsprechende Spannungen induziert werden. Da der Wechselstrom sich auf
diese Weise leicht beliebig umformen (Transformator) und ohne große
Verluste fortleiten läßt, wird er zur Übertragung der elektrischen Energie
auf große Entfernungen benutzt. Die Hochfrequenztechnik verwendet
Wechselströme sehr hoher Schwingungszahl.

=== 5.1. Der Einphasenwechselstrommotor ===

Aufbau:

Der Aufbau ist ähnlich dem Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer.
Anwendungsgebiete:

Kleine Motoren mit 1,5 kW ohne hohes Drehmoment.

Eigenschaften:

Die Ständerwicklung besteht aus Haupt- und Hilfswicklung. Die
Hilfswicklung wird mit einem Kondensator oder Widerstand geschaltet. Bei
erfolgtem Anlauf wird die Hilfswicklung durch einen Fliehkraftschalter
abgeschaltet.

=== 6. Der Drehstrom ===

Dreiphasenstrom, besondere Art von Wechselstrom; entsteht durch Verkettung
(Stern- oder Dreieckschaltung) dreier um 120° phasenverschobener
Wechselströme mit gleicher Spannung und Frequenz. Gegenüber drei
Einphasenströmen lassen sich bei symmetrischer Belastung die drei
Rückleitungen einsparen. Bei unsymmetrischer Belastung nimmt ein dünner
Nulleiter den Ausgleichstrom auf. Wenn die verschiedenen Phasen auf drei
um 120° versetzte Spulen gegeben werden, entsteht ein rotierendes
Magnetfeld (Drehfeld, daher die Bezeichnung Drehstrom). Ausnutzung z. B.
im Drehstrommotor. Drehstrom ist die wichtigste und wirtschaftlichste
Stromart.

=== 6.1. Der Drehstrommotor ===

Der Ständer besteht hierbei im wesentlichen aus einem Ring, der aus vielen
dünnen, voneinander isolierten Blechen zusammengepresst (Blechpaket) und
längs der Bohrungsoberfläche mit axialen Nuten versehen ist, in denen die
Wicklung liegt. Diese besteht meist aus drei gleichen Strängen, die mit
den drei Leitern des Drehstromnetzes verbunden werden: Bei
Dreieckschaltung wird jeder Wicklungsstrang an jeweils zwei Netzleiter
angeschlossen; bei Sternschaltung wird jeder Netzleiter an den Anfang je
eines Wicklungsstrangs angeschlossen, und die freien Wicklungsenden werden
miteinander verbunden (Sternpunkt). Da die Summe der Ströme im
symmetrischen Drehstromsystem gleich Null ist, braucht man von hier aus
keine Rückleitung. Die drei Spannungen des Drehstromnetzes erreichen
zeitlich nacheinander ihren Höchstwert, so dass auch die magnetischen
Flüsse der drei Ständerwicklungsstränge nacheinander ihren Höchstwert
erlangen. So entsteht in der Ständerbohrung ein Gesamtfluss, dessen
Höchstwert zu verschiedenen Zeiten an verschiedenen Orten des
Bohrungsumfangs auftritt. Das magnetische Feld läuft daher längs der
inneren Oberfläche des Ständerblechpakets um.

=== 6.2. Der Drehstromasynchronmotor ===

Aufbau:

Wird in einem Drehstromständer ein Läufer mit eingebaut, so entsteht ein
Asynchronmotor.

Anwendungsgebiete:

Für schwierige Anlaufverhältnisse (großes Anfahrmoment) und zur Vermeidung
großer Einschaltströme, zuweilen auch zum besonders sanften Anfahren,
werden Asynchronmotoren mit Schleifringläufer bevorzugt.

Eigenschaften:

Die Drehzahl des Asynchronmotors ändert sich mit der Belastung: Im
Leerlauf erreicht er nahezu eine synchrone Drehzahl; bei Nennlast (das ist
die Belastung, für die der Motor angelegt ist) stellt sich ein
Drehzahlunterschied zwischen Ständerdrehfeld und Läufer ein, der als
Schlupf bezeichnet wird und je nach Motorgröße 0,5-10% der synchronen
Drehzahl beträgt. Im einfachsten Fall besteht die Läuferwicklung
(Sekundäranker) aus in Nuten geschobenen, oft unisolierten Kupferstäben,
die an den Enden durch angelötete Kupferringe miteinander verbunden sind
(Käfigläufer, Kurzschlussläufer); bei Motoren bis zu mehreren 100 kW wird
die Käfigwicklung auch aus Aluminium in das Läuferblechpaket gegossen. Ein
Maß für die Drehzahldifferenz ist der Schlupf, der bei normalem Betrieb
der Belastung proportional ist. Infolge des Schlupfes wird in der
Läuferwicklung ein Strom induziert, der zusammen mit dem magnetischen Feld
im Luftspalt (Drehfeld) ein Drehmoment hervorbringt. Der Asynchronmotor
ist der meistverwendete Elektromotor überhaupt.

Asynchronmotor:

; früher: Nachteil -Lauf nur mit 1 Drehzahl - keine Drehzahlstellung
möglich

; heute: Vorteil - lässt sich durch Leistungselektronik in Drehzahl von 0
bis unendlich

steuern

- nur durch speisende Netzfrequenz (Freyuenzumrichter)

Formel zur Drehfelddrehzahl:

6.3. Der Synchronmotor

Aufbau:

Wird in den Drehstromständer ein Läufer mit Magnetpolen eingebaut
(Polrad), so entsteht ein Synchronmotor.

Eigenschaften:

Der Läufer umläuft unabhängig von der Belastung die synchrone Drehzahl des
Ständerfeldes. Synchronmotoren haben konstante Betriebsdrehzahlen, die
sich bei normalen Lastschwankungen nicht ändern. Die Höhe der
Stromaufnahme eines Synchronmotors richtet sich nach der Belastung an der
Welle und der Größe des Erregerstromes in der Polradwicklung. Der
Synchronmotor kann nicht (wie der Gleichstrommotor) bei Verstellung der
Erregung seine Drehzahl ändern. Ein untererregter Synchronmotor nimmt
Blindleistung aus dem Netz auf; beim übererregten Synchronmotor sind die
Betriebsbedingungen umgekehrt. Wird der Synchronmotor stark überlastet, so
bleibt er stehen und entnimmt dabei dem Netz einen unzulässig großen
Strom.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Quellenangaben:

- VEB Leipzig: "Kleine Enzyklopädie Technik"

- Vogel Fachbuch: " Mathematische und elektrotechnische Grundlagen"

- Dümmler·Bonn: „Friedrich Tabellenbuch Elektrotechnik, Elektronik“

- Rudolf Reinhardt: „Die Elektrotechnik“

- „Bertelsmann Lexikon“

- VEB Leipzig „“Friedrich Tabellenbücher Elektrotechnik“

- Volk und Wissen „Starkstrom- und Installationstechnik“

- Europa Lehrmittel: „Fachkunde Elektrotechnik“

- Europa Lehrmittel: „Praxis Elektrotechnik“

- Internet

Elektromotor

2008-04-15T17:09:38Z

DaDonAli: Die Seite wurde neu angelegt: Prinzip des elektromotorischen Antriebs Das Prinzip des elektromotorischen Antriebs Gliederungsschwerpunkte: 1.0. Elektrische Antriebe 2.0. Elektromagnetische In...

Prinzip des elektromotorischen Antriebs

Das Prinzip des elektromotorischen Antriebs

Gliederungsschwerpunkte:

1.0. Elektrische Antriebe

2.0. Elektromagnetische Induktion

2.0.1 Kurze Übersicht Elektromotoren

2.2 Wirkungsgrad von Motoren

3.0. Elektromotor

3.1. Funktionsweise Elektromotor allgemein

4.0. Gleichstrom

4.1. Gleichstrommotor allgemein

4.2. Gleichstrom-Reihenschlussmotor

4.3. Gleichstrom-Nebenschlussmotor

4.4. Gleichstrom-Doppelschlussmotor

4.5. Drehzahlregelbarer Gleichstrommotor

5.0. Wechselstrom

5.1. Einphasenwechselstrommotor

6.0. Drehstrom

6.1. Drehstrommotor allgemein

6.2. Drehstrom-Asynchronmotor

6.3. Drehstrom-Asynchronmotor

Das Prinzip des elektromotorischen Antriebs

1. Elektrische Antriebe:

Elektrische Antriebe bestehen im einfachsten Fall aus Elektromotor und
Arbeitsmaschine. Sehr oft jedoch kommen Elemente und Einrichtungen zur
Steuerung zum Schutz des Antriebs hinzu.

Die Auswahl der jeweils einzusetzenden Elektromotoren richtet sich nach
Aufgabenstellung, Stromart, Einsatzort und Betriebsart. Bei der
Betriebsart unterscheidet man z.B. Dauer und Kurzzeitbetrieb. Bei nur
kurzzeitigem Einschalten (z.B. Elektrorasierer) kann ein Motor kleinerer
Leistung als bei Dauerbetrieb gewählt werden, da in der kurzen Zeit nicht
die zulässige Grenztemperatur erreicht wird. Dabei ist jedoch die
angegebene Einschaltdauer ED (Verhältnis Einschaltzeit zu Einschalt- plus
Ruhezeit) zu beachten.

2. Die elektromagnetische Induktion

Die elektromagnetische Induktion, ist die Erzeugung einer elektrischen
Spannung mit Hilfe veränderlicher magnetischer Felder. Durch Bewegen eines
elektrischen Leiters (Draht) in einem Magnetfeld entsteht an den Enden des
Leiters eine sich mit dem Bewegungsrhythmus ändernde Induktionsspannung
und beim Schließen des Stromkreises ein Induktionsstrom; darauf beruht der
Generator. Dasselbe kann bei festgehaltenem Draht durch ein zeitlich
veränderliches Magnetfeld erreicht werden. Ebenso wird durch ein zeitlich
sich änderndes elektrisches Feld ein Magnetfeld erzeugt, das andere
magnetische Substanzen anziehen oder abstoßen kann; darauf beruhen der
Motor, der Fernsprecher, der Lautsprecher u. a. Werden zwei Drähte
schichtweise übereinandergewickelt, so entsteht durch Vermittlung des
Magnetfelds bei periodischen Änderungen der Spannung in dem einen Draht
eine sich proportional dazu ebenso ändernde Spannung in dem anderen Draht;
darauf beruhen Transformatoren, Induktionsapparat (Induktoren) und
Induktionsöfen. Der Proportionalitätskoeffizient heißt der
Gegeninduktionskoeffizient (Gegeninduktivität). Schließlich kann eine
Drahtspule auch auf sich selbst zurückwirken (Selbstinduktion), wodurch
eine der angelegten Spannung entgegenwirkende Spannung entsteht, deren
Größe durch den Selbstinduktionskoeffizienten (Induktivität) bestimmt wird
und die sich als induktiver Widerstand des Drahts gegenüber Wechselstrom
auswirkt.

2.0.1 Begrifferläuterungen

Ständer

Stator, feststehender Teil eines Elektromotors oder Generators; bei
Gleichstrommaschinen meist Träger der Feldmagnete, bei Wechselstrom- bzw.
Drehstrommaschinen meist Träger der Hauptwicklung.

Anker

1. Teil von elektrischen Maschinen (Motor, Generator): ein mit Nuten
versehenes Blechpaket, das die Ankerwicklung aufnimmt; in dieser Wicklung
wird vom magnetischen Feld eine Spannung induziert. Bei
Gleichstrommaschinen ist es meist (Außenpolmaschine) der Läufer, dessen
Wicklung über den Kommutator mit dem Gleichstromnetz verbunden wird, bei
Synchronmaschinen (Innenpolmaschinen) meist der Ständer, dessen Wicklung
mit dem Wechsel- oder Drehstromnetz verbunden wird. 2. Teil von
Elektromagneten, der bei stromdurchflossener Erregerspule (Feldspule)
angezogen wird und dabei eine Arbeit verrichten kann, z. B. bei Relais,
Hubmagneten u. ä.

Kommutator

[der, Mehrzahl Kommutatoren; lateinisch] Stromwender, eine Vorrichtung an
elektrischen Generatoren und Elektromotoren aus ringförmig angeordneten,
gegeneinander und gegen die Läuferwelle isolierten Segmenten, die
einerseits paarweise mit je einem Anschluss der Ankerwicklung verbunden
sind, andererseits von einer Schleifbürste berührt werden, an die sich der
äußere Stromkreis anschließt. Der Kommutator hat die Aufgabe, sich bei
drehendem Läufer den in den Wicklungsteilen sinusförmig pulsenden Strom
abzunehmen und ihn gleichzurichten, d. h. deren Anschlüsse wechselweise
mit dem äußeren Netz so zu verbinden, dass in diesem die Stromrichtung
unverändert bleibt.

Sternschaltung

elektrische Anschlussschaltung für drei Verbraucher oder Wicklungen an das
Drehstromnetz. Dabei wird jeweils einer der beiden Verbraucheranschlüsse
an je einen Leiter des Drehstromnetzes, der andere an einen gemeinsamen
Sternpunkt (in Niederspannungsnetzen oft geerdet, Nulleiter)
angeschlossen. Bei drei gleichen Verbrauchern fließt im Nulleiter kein
Strom. Die Spannung an jedem der drei Verbraucher ist 1/Ö (3) der Spannung
zwischen den Leitern des Drehstromnetzes, z. B. 220/380 V.
Dreieckschaltung.

Schlupf

bei Asynchronmotoren das Maß für den Unterschied zwischen der
tatsächlichen Drehzahl (n) des Läufers und der synchronen Drehzahl (nsyn)
des Drehfelds. Berechnung: (nsyn - n) / nsyn = S (in Prozent). Der Schlupf
steigt mit der Belastung des Motors. Ein idealer Schlupf von 0% ist nicht
zu verwirklichen, da dann keine antreibenden Drehmomente auftreten.

Käfigläufer

der Läufer einer Asynchronmaschine, bei dem die Läuferwicklung aus blanken
oder isolierten Metallstäben besteht, die in die Nuten des
Läuferblechpakets eingelegt werden und an den Enden durch Kurzschlußringe
(Endringe) verbunden sind.

Polrad

der die Magnetpole mit der gleichstromgespeisten Erregerwicklung tragende
Läufer bei Wechselstromgeneratoren und Synchronmotoren (Generator).

2.1 Kurze Übersicht der Motoren

Motoren

Elektromotoren Verbrennungsmotoren

Dampf Benzin Diesel

Drehfeld- Stromwender-

maschinen maschinen

Wechseltrom- Drehstrom- Universalmotoren Gleichstrommotoren

maschinen maschinen

Reihenschlussmotor, Hauptschlussmotor, da Ankerstrom gleich Ständerstrom

Synchronmotor: Drehfeldzahl = Läuferdrehzahl

Asynchronmotor: Drehfelddrehzahl größer Läuferdrehzahl

2.2 Wirkungsgrad von Elektromotoren

3. Der Elektromotor

Der Elektromotor ist ein Energiewandler, der elektrische Energie in
mechanische Energie, zum Antrieb von Maschinen, Fahrzeugen u. ä.
umwandelt. Dies geschieht mit Hilfe der Kraftwirkung zwischen einem
Magnetfeld und einem stromdurchflossenen Leiter. Hauptteile sind der
feststehende Ständer (Stator) mit der Erregerwicklung und der drehbare
Läufer (Rotor, Anker) mit der Ankerwicklung. Alle Elektromotoren können
auch als Generator verwendet werden. Neben dem rotierenden Elektromotor
gibt es auch den Linearmotor zu der Erzeugung von geradliniger Bewegung.

Elektromotoren werden für Leistungen bis etwa 10 MW gebaut und vielseitig
verwendet zum Beispiel für den Antrieb von Haushaltsgeräten, Büromaschinen
und Elektrowerkzeuge aber auch Pumpen, Förderanlagen, Walzenstraßen und
elektrischen Bahnen.

Elektrische Motoren dürfen kurzzeitig über ihre Nennleistung hinaus
belastet werde. Die Grenze dafür ist beim Gleichstrommotor die zulässige
Beanspruchung des Kommutators. Im Dauerbetrieb wird die Belastungsarbeit
durch die Wärme begrenzt.

3.1. Wie funktioniert ein Elektromotor?

Wird dem Elektromotor Strom zugeführt, entsteht am Metallring ein Minus-
und ein Pluspol. Da durch die Spulen ebenfalls ein Strom fließt, bilden
sich auch ein Nord- und ein Südpol. Dann wird der Südpol der einen, dem
festen Nordpol der anderen angezogen. Dort ist der Strom am Metallring
unterbrochen (Totpunkt), die Spule aber dreht sich durch den Schwung
weiter. Dadurch wechselt der Strom am Metallring und somit auch die Pole
an den Spulen. Nordpol und Südpol stoßen sich ab und der Motor mach eine
halbe Drehung.

4. Gleichstrom:

elektrischer Strom gleichbleibender Richtung, im Gegensatz zum
Wechselstrom, dessen Richtung sich periodisch ändert. Reiner Gleichstrom
entsteht auf chemischem Wege in galvanischen Elementen oder Akkumulatoren;
der durch Gleichrichter oder Generatoren gewonnene Gleichstrom enthält
einen überlagerten Wechselstromanteil. Gleichstrom wird in der
Nachrichtentechnik zum Betrieb von Relais, Wählern, Elektronenröhren und
Transistoren gebraucht, in der Starkstromtechnik für regelbare
Motorantriebe, vor allem in Maschinen und Elektro-Bahnen, und außerdem für
galvanische Anlagen. Für den Transport hoher Leistungen über große
Entfernung, besonders in Kabelleitungen, verwendet man
Gleichstromübertragung mit Spannungen bis 1 Mill. Volt. Fernmeldeanlagen
arbeiten mit Gleichstrom bis zu 60 Volt; Straßenbahnen, Obusse, Schnell-
und Untergrundbahnen betreibt man mit Gleichstrom von 500—1500 Volt
Spannung.

4.1. Der Gleichstrommotor

Der Gleichstrommotor ist ein mit Gleichstrom gespeister und mit
Gleichstrom-Elektromagnet oder Permanentmagnet erregter Elektromotor; und
wird als Reihenschluss-, Nebenschluss- oder Kompound- (Doppelschluss-)
Motor ausgeführt.

Der Stator besteht in der Regel aus einem Ring aus Walzstahl, auf dessen
Innenseite die Hauptpole (meist Elektromagnete mit einer Feldspule) und
die Wendepole befestigt sind. Zwischen den Polen dreht sich der
trommelförmige Läufer, der die Ankerwicklung trägt. (Daher nennt man den
Läufer von Gleichstrommaschinen häufig auch Anker.) Die Ankerwicklung
besteht aus vielen Spulen, die meist in Nuten des Läuferblechpakets
eingelegt und deren Enden am Kollektor angeschlossen sind. Auf den
Kollektorlamellen

schleifen die feststehenden Bürsten, über die der Ankerwicklung ein
Ankerstrom zugeführt wird. - Wenn der magnetische Fluss der Hauptpole
vorhanden ist, entsteht durch den in der Ankerwicklung fließenden Strom
ein Magnetfeld, dass das Hauptfeld des Stators senkrecht durchsetzt. Aus
der Überlagerung der beiden Felder ergibt sich ein Drehmoment: Der Läufer
dreht sich. Der aus Bürsten und Kollektor bestehende Stromwender
(Kommutator) sorgt nun dafür, dass die umlaufende Ankerwicklung den Strom
so zugeführt bekommt, dass ein möglichst großes Drehmoment entsteht. Zur
Erleichterung der Stromwendung dienen die vom Ankerstrom durchflossenen
Wendepole. Entsprechend der periodischen Veränderung des magnetischen
Flusses in den sich unter den feststehenden Hauptpolen hinwegdrehenden
Ankerteilen fließt in der Ankerwicklung der Gleichstrommaschine ein
Wechselstrom (der durch den Kommutator gleichgerichtet wird). Das
Ankereisen wird als Blechpaket (isolierte Eisenbleche) gebaut, um
Wirbelstromverluste klein zu halten. Häufig werden Anker- und
Erregerwicklung je an eine feste Spannung angeschlossen (fremderregter
Gleichstrommotor), wobei dann meist die Erregerwicklung (Feldwicklung) so
angelegt wird, dass sie parallel zum Anker an dieselbe Spannungsquelle
angeschlossen werden kann (Nebenschlussmotor). Bei den
Reihenschlussmotoren (Hauptschlussmotoren) werden dagegen Anker- und
Feldwicklung in Reihe geschaltet, so dass sie vom selben Strom
durchflossen werden.

4.2. Gleichstrom-Reihenschlussmotor:

Aufbau:

Die Feldwicklung und der Anker sind in Reihe geschaltet. Die Feldwicklung
hat wenige Windungen und starken Draht.

Anwendungsgebiete:

Bahnen, Hebefahrzeuge und Anlasser sind geeignet für wechselnde Belastung
und wechselnde Drehszahl für direkte Kupplung und Zahnradantriebe. Die
Wendepole haben die Aufgabe das Bürstenfeuer zu unterdrücken. Die
Drehrichtung wird durch das Umpolen der Stromrichtung im Anker geändert.

Eigenschaften:

Die Drehzahl wird mit einem Fahrschalter oder Anlasser geregelt. Da der
Motor im Leerlauf durchgeht ist er für Riemenbetrieb nicht geeignet.

4.3. Gleichstrom-Nebenschlussmotor:

Aufbau:

Die Feldwicklung hat viele Windungen aus dünnem Draht. Die Feldrichtung
ist parallel zum Anker geschalten.

Anwendungsgebiete:

Bei allen Antrieben, die relativ konstante Drehzahlen bei wechselnder
Belastung besitzen.

Eigenschaften:

Fast gleichbleibende Drehzahl bei wechselnder Belastung.

4.4. Gleichstrom-Doppelschlussmotor:

Aufbau:

Die Feldwicklung (Pole) tragen gleichzeitig einen Nebenschluss und einen
Hauptschlusswicklung.

Anwendungsgebiete:

Nur für Sonderzwecke wie bei Aufzügen, Akkumulatoren oder Triebwagen.

Eigenschaften:

Je nachdem, ob die Hauptschluss- oder Nebenschlusswicklung überwiegt, ist
seine Drehzahlcharrakterristik mehr der Nebenschluss oder der
Reihenschlussform ähnlich.

4.5. Drehzahlregelbarer Gleichstrommotor:

Aufbau:

Prinzip wie bei Gleichstromnebenschlussmotor. Die Feldwicklung wird
konstant an 220V angeschlossen. Der Anker wird mit einer Spannung von
0-440V gespeist, je nach benötigter Drehzahl (Lenzsche Steuerung
Elektronisch) Der Luftspalt zwischen Pol und Anker ist etwas größer, damit
wird ein weicherer Anlauf erreicht.

Anwendungsgebiete:

Rollenbänder Automatisierungstechnik

Eigenschaften (Wirkungsweise):

Um jede Wirkung einer Ankerwicklung baut sich bei Stromdurchfluss ein
kreisendes Kraftfeld auf. Sind auch die Hauptpole stromdurchflossen, so
wirken Pol und Ankerfeld so aufeinander, das der Anker in Bewegung gerät.
Die Richtung dieser Umdrehung lässt sich durch die Linke- Hand-Regel
ermitteln. Weil ein Gleichstromfeld die Pole nicht wechselt, bleibt die
Richtung, die Bewegung aller Ankerwicklungen des gleichen Feldes die
selbe. Ein Umschalten der Pole oder des Ankers muss demnach eine Änderung
der Drehrichtung des Motors zur Folge haben.

5. Der Wechselstrom

Der Wechselstrom ist ein elektrischer Strom, dessen Stärke und Richtung
sich periodisch ändern; wird durch Generatoren oder elektrische
Schwingungserzeuger (Sender) hergestellt. Eine Periode des Wechselstroms
umfaßt den Anstieg der Stromstärke von Null auf den positiven Scheitelwert
(Maximalwert, Amplitude), den Abfall über Null und den negativen
Scheitelwert sowie den Anstieg wieder auf Null. Die Anzahl der Perioden
pro Sekunde gibt die Frequenz des Wechselstroms an (in Hertz). Die Zahl
der Richtungswechsel (Wechselzahl) ist gleich der doppelten Periodenzahl.
Im allgemeinen ist der Strom- und Spannungsverlauf sinusförmig;
Abweichungen sind als Überlagerung einer sinusförmigen Grundwelle und
ihrer sinusförmigen Oberwellen aufzufassen. Die Anteile der verschiedenen
Oberwellen lassen sich durch die Fourier-Analyse bestimmen. Infolge der
regelmäßigen Schwankung der Stromstärke des Wechselstroms wirkt sich
dieser nicht mit dem Scheitel-, sondern mit dem Effektivwert (Scheitelwert
geteilt durch 2) des Stroms (z. B. bei der Wärmeerzeugung) aus. Der
Wechselstromwiderstand ist im Allgemeinen aus einem frequenzunabhängigen
Ohmschen (Wirkwiderstand) und aus einem frequenzabhängigen induktiven und
kapazitiven Teil (Blindwiderstand) zusammengesetzt. Für ihn gilt auch das
Ohmsche Gesetz. Der Blindwiderstand bewirkt eine Phasenverschiebung von
Strom und Spannung, von der auch die Wirkleistung abhängt (Watt). Der
technisch verwendete Wechselstrom ist meist Drehstrom, der eine Frequenz
von 50 Hz hat (in USA 60 Hz). Bei elektrischen Eisenbahnen wird 162/3
Hz-Wechselstrom verwendet. Mit dem Strom ändert sich auch das magnetische
Feld. Nach den Induktionsgesetzen können dann in benachbarten Leitern
entsprechende Spannungen induziert werden. Da der Wechselstrom sich auf
diese Weise leicht beliebig umformen (Transformator) und ohne große
Verluste fortleiten läßt, wird er zur Übertragung der elektrischen Energie
auf große Entfernungen benutzt. Die Hochfrequenztechnik verwendet
Wechselströme sehr hoher Schwingungszahl.

5.1. Der Einphasenwechselstrommotor

Aufbau:

Der Aufbau ist ähnlich dem Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer.
Anwendungsgebiete:

Kleine Motoren mit 1,5 kW ohne hohes Drehmoment.

Eigenschaften:

Die Ständerwicklung besteht aus Haupt- und Hilfswicklung. Die
Hilfswicklung wird mit einem Kondensator oder Widerstand geschaltet. Bei
erfolgtem Anlauf wird die Hilfswicklung durch einen Fliehkraftschalter
abgeschaltet.

6. Der Drehstrom

Dreiphasenstrom, besondere Art von Wechselstrom; entsteht durch Verkettung
(Stern- oder Dreieckschaltung) dreier um 120° phasenverschobener
Wechselströme mit gleicher Spannung und Frequenz. Gegenüber drei
Einphasenströmen lassen sich bei symmetrischer Belastung die drei
Rückleitungen einsparen. Bei unsymmetrischer Belastung nimmt ein dünner
Nulleiter den Ausgleichstrom auf. Wenn die verschiedenen Phasen auf drei
um 120° versetzte Spulen gegeben werden, entsteht ein rotierendes
Magnetfeld (Drehfeld, daher die Bezeichnung Drehstrom). Ausnutzung z. B.
im Drehstrommotor. Drehstrom ist die wichtigste und wirtschaftlichste
Stromart.

6.1. Der Drehstrommotor

Der Ständer besteht hierbei im wesentlichen aus einem Ring, der aus vielen
dünnen, voneinander isolierten Blechen zusammengepresst (Blechpaket) und
längs der Bohrungsoberfläche mit axialen Nuten versehen ist, in denen die
Wicklung liegt. Diese besteht meist aus drei gleichen Strängen, die mit
den drei Leitern des Drehstromnetzes verbunden werden: Bei
Dreieckschaltung wird jeder Wicklungsstrang an jeweils zwei Netzleiter
angeschlossen; bei Sternschaltung wird jeder Netzleiter an den Anfang je
eines Wicklungsstrangs angeschlossen, und die freien Wicklungsenden werden
miteinander verbunden (Sternpunkt). Da die Summe der Ströme im
symmetrischen Drehstromsystem gleich Null ist, braucht man von hier aus
keine Rückleitung. Die drei Spannungen des Drehstromnetzes erreichen
zeitlich nacheinander ihren Höchstwert, so dass auch die magnetischen
Flüsse der drei Ständerwicklungsstränge nacheinander ihren Höchstwert
erlangen. So entsteht in der Ständerbohrung ein Gesamtfluss, dessen
Höchstwert zu verschiedenen Zeiten an verschiedenen Orten des
Bohrungsumfangs auftritt. Das magnetische Feld läuft daher längs der
inneren Oberfläche des Ständerblechpakets um.

6.2. Der Drehstromasynchronmotor

Aufbau:

Wird in einem Drehstromständer ein Läufer mit eingebaut, so entsteht ein
Asynchronmotor.

Anwendungsgebiete:

Für schwierige Anlaufverhältnisse (großes Anfahrmoment) und zur Vermeidung
großer Einschaltströme, zuweilen auch zum besonders sanften Anfahren,
werden Asynchronmotoren mit Schleifringläufer bevorzugt.

Eigenschaften:

Die Drehzahl des Asynchronmotors ändert sich mit der Belastung: Im
Leerlauf erreicht er nahezu eine synchrone Drehzahl; bei Nennlast (das ist
die Belastung, für die der Motor angelegt ist) stellt sich ein
Drehzahlunterschied zwischen Ständerdrehfeld und Läufer ein, der als
Schlupf bezeichnet wird und je nach Motorgröße 0,5-10% der synchronen
Drehzahl beträgt. Im einfachsten Fall besteht die Läuferwicklung
(Sekundäranker) aus in Nuten geschobenen, oft unisolierten Kupferstäben,
die an den Enden durch angelötete Kupferringe miteinander verbunden sind
(Käfigläufer, Kurzschlussläufer); bei Motoren bis zu mehreren 100 kW wird
die Käfigwicklung auch aus Aluminium in das Läuferblechpaket gegossen. Ein
Maß für die Drehzahldifferenz ist der Schlupf, der bei normalem Betrieb
der Belastung proportional ist. Infolge des Schlupfes wird in der
Läuferwicklung ein Strom induziert, der zusammen mit dem magnetischen Feld
im Luftspalt (Drehfeld) ein Drehmoment hervorbringt. Der Asynchronmotor
ist der meistverwendete Elektromotor überhaupt.

Asynchronmotor:

; früher: Nachteil -Lauf nur mit 1 Drehzahl - keine Drehzahlstellung
möglich

; heute: Vorteil - lässt sich durch Leistungselektronik in Drehzahl von 0
bis unendlich

steuern

- nur durch speisende Netzfrequenz (Freyuenzumrichter)

Formel zur Drehfelddrehzahl:

6.3. Der Synchronmotor

Aufbau:

Wird in den Drehstromständer ein Läufer mit Magnetpolen eingebaut
(Polrad), so entsteht ein Synchronmotor.

Eigenschaften:

Der Läufer umläuft unabhängig von der Belastung die synchrone Drehzahl des
Ständerfeldes. Synchronmotoren haben konstante Betriebsdrehzahlen, die
sich bei normalen Lastschwankungen nicht ändern. Die Höhe der
Stromaufnahme eines Synchronmotors richtet sich nach der Belastung an der
Welle und der Größe des Erregerstromes in der Polradwicklung. Der
Synchronmotor kann nicht (wie der Gleichstrommotor) bei Verstellung der
Erregung seine Drehzahl ändern. Ein untererregter Synchronmotor nimmt
Blindleistung aus dem Netz auf; beim übererregten Synchronmotor sind die
Betriebsbedingungen umgekehrt. Wird der Synchronmotor stark überlastet, so
bleibt er stehen und entnimmt dabei dem Netz einen unzulässig großen
Strom.

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Quellenangaben:

- VEB Leipzig: "Kleine Enzyklopädie Technik"

- Vogel Fachbuch: " Mathematische und elektrotechnische Grundlagen"

- Dümmler·Bonn: „Friedrich Tabellenbuch Elektrotechnik, Elektronik“

- Rudolf Reinhardt: „Die Elektrotechnik“

- „Bertelsmann Lexikon“

- VEB Leipzig „“Friedrich Tabellenbücher Elektrotechnik“

- Volk und Wissen „Starkstrom- und Installationstechnik“

- Europa Lehrmittel: „Fachkunde Elektrotechnik“

- Europa Lehrmittel: „Praxis Elektrotechnik“

- Internet