Elektrische Maschinen: Typen und Funktionsweise

1.1. Elektrische Maschinen

Elektrische Maschinen erzeugen, verwenden oder wandeln elektrische Energie um. Sie sind für uns alle von großer Bedeutung.

Bewertung: Sorgfältige Arbeit

Die mechanische Energie wird aus dem elektrischen Strom generiert.

Typen von Generatoren

• Dynamo: Erzeugt Gleichstrom.
• Alternator: Erzeugt Wechselstrom (AC). Die Spannung wird durch die Berechnung der induzierten EMK (elektromotorische Kraft) erzeugt.

Transformatoren

Transformatoren wandeln Wechselstrom (V1, I1) auf ein anderes Spannungsniveau (V2, I2) um.

Motoren

Motoren wandeln elektrische Energie in mechanische Energie um.

Arten von Motoren

• Gleichstrommotoren (DC-Motoren)
• Wechselstrommotoren (AC-Motoren)
  • Dreiphasen-Wechselstrommotoren
  • Einphasen-Wechselstrommotoren

3. Gleichstrommotoren

Definition

Ein Gleichstrommotor ist eine elektrische Maschine, die Gleichstromenergie in mechanische Rotationsenergie umwandelt.

3.1. Aufbau

Der Aufbau dieser Motoren umfasst mehrere spezifische Komponenten, um ein Magnetfeld und ein elektrisches Feld zu erzeugen, die sich kreuzen:

• Stator: Der feste Teil des Motors. Er umfasst die Feldmagnete oder Feldspulen, die ein Magnetfeld erzeugen.
• Rotor: Der rotierende Teil des Motors. Er enthält die Ankerspulen, in denen die Spannung induziert wird.
• Kollektor (nicht explizit genannt, aber impliziert durch Bürsten): Dient zur Stromwenderung.
• Bürsten: Nehmen Kontakt mit dem Kollektor auf, um den Strom zum Rotor zu leiten.

3.2. Funktionsweise

Wenn die Stromquelle angeschlossen ist, fließt Strom durch die Feldspulen des Elektromagneten und erzeugt ein Magnetfeld. Der Strom fließt auch durch die Ankerspulen des Rotors über die Bürsten und den Kollektor. Sobald das Magnetfeld aufgebaut ist, erzeugen die Ströme in den Ankerspulen Kräfte, die ein Drehmoment auf den Rotor ausüben und ihn in Drehung versetzen.

5. Drehstrom-Asynchron-Motoren

Die meisten industriellen Anwendungen nutzen Drehstrom-Asynchron-Motoren. Diese Motoren wandeln Drehstrom (3-Phasen-Wechselstrom) in mechanische Energie um. Ihr weit verbreiteter Einsatz in der Industrie beruht auf ihrer einfachen Konstruktion, Robustheit und den relativ günstigen Preisen.

5.1. Aufbau

• Stator: Der feste Teil des Motors, gebildet aus einem Gehäuse aus lamelliertem Stahl. Im Inneren befinden sich die Statorwicklungen (Spulen), die in drei Nuten untergebracht sind. Die Enden der Spulen sind mit Anschlussplatten verbunden, über die der Motor an das Stromnetz angeschlossen wird.
• Rotor: Der rotierende Teil des Motors. Er ist zwischen den beiden Metallkronen montiert und besteht aus leitenden Stäben, die einen Käfig bilden. Eine Rotorwelle ist in der Mitte montiert.

5.2. Funktionsweise

Die Funktionsweise ähnelt der von Gleichstrommotoren, basiert aber auf elektromagnetischen Prinzipien. Der Motor wird mit einem Drehstromnetz verbunden. Der durch die Statorwicklungen fließende Drehstrom erzeugt ein rotierendes Magnetfeld. Dieses rotierende Magnetfeld induziert Ströme in den Leitern des Rotors. Die Wechselwirkung zwischen dem rotierenden Magnetfeld des Stators und den induzierten Strömen im Rotor erzeugt ein Drehmoment, das den Rotor in Drehung versetzt.