Grundlagen der Elektrotechnik: Generatoren, Motoren & Leistung

Grundlagen elektrischer Maschinen und Leistung

DC-Generatoren: Aufbau und Funktion

Ein Gleichstromgenerator (DC-Generator) besteht im Wesentlichen aus einer rechteckigen Leiterschleife, die sich in einem homogenen Magnetfeld dreht. Er setzt sich aus zwei Hauptteilen zusammen: dem Stator, der das Magnetfeld erzeugt, und dem Rotor (auch Anker genannt), dem Leiter, der von den magnetischen Feldlinien durchdrungen wird.

Funktionsweise

Wenn sich die Schleife dreht, ändert sich der magnetische Fluss durch sie, wodurch eine elektromotorische Kraft (EMK) induziert wird. Die Enden der Schleife sind mit einem Kommutator (Stromwender) verbunden, der sich mit den Spulen dreht. Die elektrische Verbindung zum externen Stromkreis wird über Schleifkontakte, sogenannte Bürsten, hergestellt.

Anschlussarten von Drehstrommotoren

Die Statorwicklung eines Drehstrom-Asynchronmotors kann in Stern- oder Dreieckschaltung angeschlossen werden. Die Wahl der Schaltung hängt von der vorhandenen Netzspannung ab, wie auf dem Typenschild des Motors angegeben. Am Klemmbrett des Motors befinden sich in der Regel sechs Anschlüsse für die drei Motorwicklungen sowie ein Anschluss für die Erdung.

Sternschaltung

Für die Sternschaltung werden die Enden der drei Wicklungen (bezeichnet als U2, V2, W2 oder X, Y, Z) mithilfe von Brücken miteinander verbunden, um einen Sternpunkt zu bilden.

Dreieckschaltung

Die Dreieckschaltung wird realisiert, indem der Anfang einer Wicklung mit dem Ende der nächsten verbunden wird. Dies geschieht durch das Brücken der Klemmen (U1 mit W2, V1 mit U2, W1 mit V2).

Leistungsarten in der Wechselstromtechnik

In Wechselstromkreisen unterscheidet man zwischen verschiedenen Arten von Leistung:

• Wirkleistung (P): Dies ist die Leistung, die tatsächlich in einer Schaltung in andere Energieformen (z. B. mechanische Arbeit, Wärme oder Licht) umgewandelt wird. Sie wird irreversibel verbraucht.
• Blindleistung (Q): Diese Leistung wird für den Aufbau von elektrischen und magnetischen Feldern (z. B. in Spulen und Kondensatoren) benötigt. Sie pendelt zwischen Energiequelle und Verbraucher hin und her und wird nicht wirklich „verbraucht“, sondern periodisch ins Netz zurückgespeist.
• Scheinleistung (S): Sie ist die geometrische Summe aus Wirk- und Blindleistung und stellt die gesamte elektrische Leistung dar, die in einem Stromkreis transportiert wird. Sie ist das Produkt aus der effektiven Spannung und dem effektiven Strom.

Der Käfigläufer eines Asynchronmotors

Der Käfigläufer ist die häufigste Bauform des Rotors in Asynchronmotoren. Er besteht aus einer Reihe von parallelen Leiterstäben aus Aluminium oder Kupfer, die an beiden Enden durch Kurzschlussringe elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die gesamte Konstruktion ähnelt einem Hamsterkäfig, daher der Name. Der Eisenkern des Rotors dient der Führung des magnetischen Flusses. Das vom Stator erzeugte Drehfeld induziert Ströme in den Leiterstäben, was zur Drehmomententstehung führt.