Historie :
Bereits 1821 konstruierte Faraday eine einfache Anordnung, bei der die
magnetische Wirkung des elektrischen Stromes zur Aufrechterhaltung einer
rotierenden Bewegung angewandt wurde. Den ersten wirklich
arbeitsfähigen Gleichstrommotor baute 1834 von Jakobi. Erst ab etwa
1880, mit dem Aufbau elektrischer Netze, ergab sich die Möglichkeit,
elektrische Antriebe rationell zu verwenden. Besonders wichtig für diese
Entwicklung war die Entdeckung des dynamoelektrischen Prinzips durch
Siemens im Jahre 1866 und der Bau eines praktisch brauchbaren
Drehstrommotors durch Dolivo-Dobrowolski 1889.
Aufgabe :
Elektromotoren sind Energiewandler, die elektrische Energie in
mechanische Energie zum Antrieb von Maschinen, Fahrzeugen u.ä.
umwandeln. Elektromotoren werden als Kleinstmotoren mit
Antriebsleistungen von weniger als 1 Watt bis zu Grossmaschinen von über
30000 KW gebaut. Sie haben als robuste Antriebsmaschinen mit
vorteilhaftem Betriebsverhalten und sehr gutem Wirkungsgrad in Antrieben
für Industrie, Transportwesen, Haushalt und Gewerbe ihren Platz gefunden.
Aufbau :
Da die vom Elektromotor an seiner Welle bereitgestellte mechanische
Leistung zur Arbeitsmaschine übertragen werden muss, kann die
Betriebslage und Befestigungsart des Motors je nach Verwendungszweck
sehr verschieden sein. Das erfordert eine unterschiedliche äussere
konstruktive Gestaltung bei sonst gleichen Betriebsdaten des Motors. Es
gibt Fuss- bzw. Flanschmotoren in waagerechter oder senkrechter
Einbaulage. Die Kühlung erfolgt über Kühlrippen und oder über einen
Lüfter.
Bauteile :
Wirkprinzip :
Ausgewählt habe ich das Beispiel Drehstromasynchronmotor.
Der meist ringförmige (Ausnahme Linearmotor) und aus vielen dünnen,
voneinander isolierten Blechen zusammengepresste Ständer (Blechpaket), ist
längs der Bohrungsoberfläche mit axialen Nuten versehen, in denen die
Wicklung liegt. Diese besteht aus 3 gleichen Strängen, die mit den 3 nicht
geerdeten Aussenleitern des Drehstromnetzes verbunden werden (Stern
oder Dreieck). Die 3 Spannungen des Drehstromnetzes erreichen zeitlich
nacheinander ihren Höchstwert, so dass auch die magnetischen Flüsse der
3 Ständerwicklungsstränge nacheinander ihren Höchstwert erlangen. So
entsteht in der Ständerbohrung ein Gesamtfluss, dessen Höchstwert zu
verschiedenen Zeitpunkten an verschiedenen Stellen des Bohrumfangs
auftritt. Das magnetische Feld läuft praktisch längs der inneren Oberfläche
des Ständerblechpaketes um. Solange die Drehzahl des Läufers (Käfigläufer,
Kurzschlussläufer (bei schwierigen Anlassverfahren (hohe Ströme,
Sanftanlauf) auch Schleifringläufer)) von der synchronen Drehzahl des
Ständerdrehfeldes abweicht, werden in der Läuferwicklung Ströme induziert
(Induktionsmotor) die ein Drehmoment hervorrufen, das den
Drehzahlunterschied zu verringern sucht. Daher ändert sich die Drehzahl
des Asynchronmotors mit der Belastung. Im Leerlauf erreicht er nahezu
Synchronität, bei Nennlast stellt sich ein Drehzahlunterschied zwischen
Ständerdrehfeld und Läufer ein, der als Schlupf (nD-nL/nD*100%)
bezeichnet wird und je nach Motorgrösse 0.5 - 10% der synchronen
Drehzahl beträgt.
Wird in den Drehstromständer ein Läufer mit Magnetpolen (Polrad)
eingebaut, so entsteht ein Synchronmotor. Die festen Magnetpole werden
durch Elektromagnete (selten auch Dauermagnete) mit einer meist über
Schleifringe gespeisten Erregerwicklung gebildet. Beim Synchronmotor
muss der das Polrad tragende Läufer stets mit der gleichen Drehzahl wie
das Ständerdrehfeld (synchron) umlaufen, wenn ein Drehmoment
übertragen werden soll. Bei sich ändernder Belastung ändert sich daher die
Drehzahl nicht. Wird der Synchronmotor stark überlastet, so bleibt er
stehen und entnimmt dabei dem Netz einen unzulässig grossen Strom der
ihn zerstören kann. Um vom Stillstand auf die Synchrondrehzahl zu
kommen, benötigt der Synchronmotor besondere Hilfseinrichtungen
(z.B.Anlasswiderstände).
Typen :
Es gibt Drehstrommotoren, Wechselstrommotoren und
Gleichstrommotoren. Die beiden im Drehstromnetz vertretenen Motortypen
habe ich ja bereits vorgestellt (Asynchron- und Synchronmotor
(Linearmotor)).
Im Gleichstromnetz gibt es den fremderregten Motor, Nebenschlussmotor,
Reihenschlussmotor, Schrittmotor und Doppelschlussmotor. Der
Fremderregte Motor und der Nebenschlussmotor haben fast die gleichen
Eigenschaften (geringfügige Drezahländerung bei Belastungsänderung und
Drehzahländerung über Ankerspannung oder Feldstrom). Der
Reihenschlussmotor hat ein hohes Anlaufdrehmoment , die Drehzahl ist
lastabhängig und der Motor geht bei Leerlauf evtl. durch. Der
Doppelschlussmotor hat ein Nebenschlussverhalten .
Im Wechselstromnetz gibt es den Spaltmotor (Nebenschlussverhalten und
schlechter Wirkungsgrad), Einphasenmotor mit Hilfswicklung, und den
Kondensatormotorer.
Anlassverfahren :
Es gibt den Anlasswiderstand, den Anlasstransformator die
Frequenzsteuerung und die Stern - Dreieck - Schaltung. Motoren über 4
KW bzw. 60A (diese Angaben schwanken) müssen angelassen werden, da
der Anlassstrom zu einer hohen Belastung des speisenden Netzes und
dadurch zu einer störenden Spannungsabsenkung führen kann.
Bei der Stern-Dreieck-Schaltung zum Beispiel wird mit Hilfe einer
verminderten Spannung an der Motorwicklung die Stromstärke während
des Anlaufvorganges verringert. Die Drehstromwicklung wird beim Anlauf
in Stern, nach dem Hochlaufen in Dreieck geschaltet.Da in der
Sternschaltung bekanntlich nur das 0,58-fache der anliegenden
Leiterspannung an jedem Strang anliegt, führt diese verringerte
Spannung zu einer Anlaufstrom- und Anzugsmomentverringerung. Ein
Anlaufen unter Last ist hier nicht möglich.
Motorschutz :
Als Motorschutz dienen Motorschutzschalter bzw. Motorschutzrelais. Durch
einen Motorschutzschalter kann man den Motor betriebsmässig Ein - und
Ausschalten und vor unzulässig hohen Strömen schützen. Jeder
Motorschutzschalter ist mit einem auf bestimmte Stromwerte einstellbarem
thermischen Bimetallauslöser ausgestattet, der vom Motorstrom
durchflossen wird. Steigt die Stromstärke über den eingestellten Wert so
biegt sich das Bimetall aufgrund der übermässigen Erwärmung und trennt
den Motor vom Netz (thermische Auslösung). Ergänzt wird der
Motorschutzschalter meist durch einen elektromagnetischen Schnellauslöser.
Dieser schaltet bei möglichen Kurzschlussströmen unverzögert ab.
Leistungsschild :
Das Leistungsschild gibt Auskunft über die wichtigsten Kenndaten des
Motors. Es enthält Angaben über physikalisch - technische Grössen und
bauliche Besonderheiten . Anhand dieser Daten kann die Eignung des
Motors auf Zusammenarbeit mit dem Netz und der aufzutreibenden
Arbeitsmaschinen festgestellt werden.