Animation: Reihen- und Nebenschlussmotoren

Die Animation stellt die Funktionsweise und das Betriebsverhalten von Elektromotoren dar. Es werden Reihen- und Nebenschlussmotoren gegenübergestellt.

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Beschreibung

Elektromotoren wandeln elektrische in mechanische Energie um. Sie bestehen aus einem Stator (feststehender Teil) und einem Rotor (beweglicher Teil). Im Inneren des Motors erzeugt der Stator ein Magnetfeld, das den Rotor dazu bringt, sich zu drehen.

In der Realität sind meist zwei Parameter eines Elektromotors direkt veränderbar: die Drehzahl und das Drehmoment. Drehzahl und Drehmoment beeinflussen sich gegenseitig. Wird eine Bohrmaschine gegen ein Werkstück gedrückt, steigt das Drehmoment und die Drehzahl sinkt.

Der Zusammenhang von Drehzahl und Drehmoment variiert je nach Bauart des Motors. Einen großen Einfluss hat der Motortyp (Reihenschluss oder Nebenschluss).

Reihenschlussmotor: Hierbei sind der Anker und die Erregerwicklung in Reihe geschaltet. Diese Motoren bieten ein hohes Anlaufdrehmoment und werden häufig in Anwendungen mit variabler Last eingesetzt, wie beispielsweise in elektrischen Zügen.
Nebenschlussmotor: Der Anker und die Erregerwicklung sind parallel geschaltet. Diese Motoren bieten eine konstante Drehzahl und werden oft in Anwendungen mit konstanter Last verwendet, wie zum Beispiel in Ventilatoren oder Pumpen.

Grundsätzlich gilt, dass das Drehmoment eines Motors proportional zum Stromverbrauch ist. Die folgende Formel gilt für sämtliche Elektromotoren:

Der Parameter c ist eine für den jeweiligen Motor spezifische Konstante. An der Konstante lässt sich die Leistungsfähigkeit des Motors ablesen. Es handelt sich um eine wichtige Herstellerangabe. Der Fluss Φ ist eine physikalische Größe, die das magnetische Feld im Motor beschreibt.

Der Innenwiderstand eines Motors beeinflusst den Stromverbrauch und damit das Drehmoment. Ein niedrigerer Innenwiderstand führt zu einer höheren Stromaufnahme und folglich zu einem höheren Drehmoment.

Der Innenwiderstand hängt nicht nur vom Leitermaterial ab (ohmsche Komponenten), sondern kann sich auch während des Betriebs verändern (induktive Komponente). Die Ursache dafür ist die Gegeninduktion. Zur Induktion kommt es, wenn leitenden Materialien einem bewegten Magnetfeld ausgesetzt sind. Bei einer geringen Drehzahl ist dieser Effekt gering.

Die folgende Formel stellt eine erweiterte Version des ohmschen Gesetzes dar, welche den Einfluss des Innenwiderstands einer Spannungsquelle sowie des äußeren Widerstands im Stromkreis berücksichtigt.

Ein Reihenschlussmotor ist ein Elektromotor, bei dem der Anker und die Erregerwicklung in Reihe geschaltet sind. Mit zunehmender Drehzahl steigt der Widerstand stärker, da der Strom nacheinander durch sämtliche Widerstände fließt.

Im Gegensatz dazu sind bei einem Nebenschlussmotor der Anker und die Erregerwicklung parallel geschaltet. In einer Parallelschaltung wirkt sich die Erhöhung eines Widerstands in der Regel weniger stark auf den Gesamtwiderstand der Schaltung aus. Somit nimmt ein Nebenschlussmotor auch unter starker Belastung noch genug Strom auf.

Auf den unterschiedlichen Kennlinien folgt ein unterschiedliches Verhalten und unterschiedliche Einsatzbereiche. Bei einem Zug ist eine langsame Anfahrt (hohes Drehmoment und geringe Drehzahl) durchaus wünschenswert. Bei einer Pumpe kann es wichtig sein, dass auch unter Belastung eine konstante Drehzahl vorliegt.

Überblick und Download

TitelReihen- und Nebenschlussmotoren
ZielgruppeLehrer/innen und Vortragende
PlattformenMicrosoft® Windows®
Apple® Macintosh®
FeaturesVollbildmodus
verlustfreie Vergrößerung
Großbildschirme und Leinwände unterstützt
LizenzFreeware
DownloadMicrosoft® Windows® (virengeprüft)
Apple® Macintosh® (virengeprüft)


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Mitwirkende

C. Hein, S. Rikowski

Quellangaben

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