Elektrische Maschinen: Aufbau, Funktion und Erregungsarten (DC & AC)

Elektrische Maschinen: Definition und Funktion

Eine elektrische Maschine ist jedes Gerät, das zur Erzeugung, Umwandlung oder Nutzung elektrischer Leistung geeignet ist (z. B. Lichtmaschinen, Transformatoren).

Transformatoren (Trafos)

Transformatoren sind statische Maschinen, die die Eigenschaften des elektrischen Stroms (Intensität I und Spannung V) modifizieren. Sie bestehen aus einem Kern aus ferromagnetischen Blechen und zwei Wicklungen (Primär- und Sekundärwicklung). Sie funktionieren durch die Erzeugung einer elektromotorischen Kraft (EMK) mittels elektromagnetischer Induktion. Sie werden hauptsächlich in Starkstromanwendungen und im Sekundärkreis verwendet.

Klassifizierung Elektrischer Motoren

Elektrische Motoren sind rotierende elektrische Maschinen, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln.

Klassifizierung nach Stromart:

• Gleichstrommotoren (DC): (Fremderregt, Reihenschluss, Nebenschluss, Compound)
• Wechselstrommotoren (AC): (Synchron- und Asynchronmotoren; Einphasen- und Drehstrommotoren)

Gleichstrommotoren (DC-Motoren)

DC-Motoren arbeiten basierend auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion (EMK).

Wichtige Komponenten:

• Induktor (Erregerwicklung): Erzeugt das Magnetfeld (Stator). Besteht aus einer Reihe von Spulen, durch die Strom fließt.
• Induzierter (Ankerwicklung): Erzeugt ein Gegenmagnetfeld (Rotor). Besteht aus Spulen im Rotor.
• Kommutator (Kollektor): Verbindet die Ankerspulen mit der externen Elektronik.
• Bürsten: Dünne Graphitstücke, die den Kommutator mit der externen Schaltung verbinden.

Erregungsarten von Gleichstrommotoren

1. Unabhängige Erregung (Fremderregung)

   Der Motor besitzt zwei Wicklungen, die von zwei unabhängigen Spannungsquellen gespeist werden.

2. Reihenschlusserregung (Serienerregung)

   Die Induktor- und Ankerwicklungen sind in Reihe geschaltet und werden mit der gleichen Spannung und Intensität gespeist. Achtung: Wenn die Last getrennt wird, kann der Motor „durchgehen“ (überdrehen). Diese Motoren werden verwendet, wenn ein hohes Anlaufdrehmoment erforderlich ist.

3. Nebenschlusserregung (Shunterregung)

   Induktor und Anker sind parallel geschaltet. Sie liegen an der gleichen Spannung, aber es fließen unterschiedliche Stromstärken. Sie zeichnen sich durch eine konstante und stabile Drehzahl aus und liefern ein konstantes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen.

4. Verbund-Erregung (Compound-Erregung)

   Diese Form kombiniert eine Reihenschlusswicklung und eine parallele (Nebenschluss-) Ankerwicklung. Es ist eine Kombination der vorherigen Typen. Sie werden verwendet, wenn die Drehzahl zwar variiert, aber nicht stark beschleunigt werden soll und kein extrem hohes Anlaufdrehmoment erforderlich ist.

Wechselstrommotoren (AC-Motoren)

AC-Motoren bestehen aus:

• Stator: Der feststehende Teil, gebildet aus isolierten, magnetischen Blechen, die die Wicklung tragen.
• Rotor: Der bewegliche Teil, ebenfalls aus isolierten, magnetischen Blechen gebildet.

Zwischen Stator und Rotor befindet sich der Luftspalt (Entrefer). Der Betrieb basiert auf der Erzeugung eines rotierenden Magnetfeldes.