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Elektromotor
Das Prinzip des Elektromotors
Elektromotoren

EIN Elektromotor ist eine Maschine, die elektrische Energie Umsatz in mechanische Energie mit dem a Werkzeug mit Strom versorgt werden kann. Elektromotoren werden in Gleichstrom- und Wechselstrommotoren unterteilt. Neben den üblichen Motoren, die für Drehbewegungen sorgen, gibt es auch Linearmotoren.

Geschichte und Entwicklung

Prinzip

Faradays Experiment, um 1821
Jedliks Motor (1827)

Die Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie durch Elektromagnetismus wurde erstmals von dem britischen Wissenschaftler Britse . demonstriert Michael Faraday im Jahr 1821.[1] In seinem Test berührte das Ende eines frei hängenden Leiters ein Quecksilberbecken, in dem a Dauermagnet wurde veröffentlicht. In dem Moment, in dem ein Strom durch den Leiter floss, führte der Leiter eine Drehbewegung um den Magneten aus.

Dieser Elektromotor ist die einfachste Version von a homopolarer Motor. Eine verbesserte Form davon ist die Rad von Barlow. Aufgrund ihrer primitiven Konstruktion konnten diese Elektromotoren nur zu Demonstrationszwecken eingesetzt werden. Sie sind für praktische Anwendungen ungeeignet.

1827 begann der Ungar nyos Jedlik mit elektromagnetischen rotierenden Geräten zu experimentieren, die er Blitz magnetischer Selbstrotor erwähnt. Er benutzte das Gerät zu Unterrichtszwecken im College. 1828 demonstrierte er das erste Gerät, das die drei Grundkomponenten des Gleichstrommotors enthielt: Stator, Rotor und Kommutator. Auch sein Elektromotor hatte keine praktische Anwendung, woraufhin sein Wissen vergessen wurde.

Erste Elektromotoren

Der erste kommutierende Gleichstrommotor, der ein Werkzeug antreiben konnte, war 1832 erfunden von britischen Wissenschaftlern William Stör. Nach Sturgeons Arbeit wurde ein verbesserter Gleichstrommotor von den Amerikanern gebaut Thomas Davenport, mit der Absicht, sie für praktische Zwecke zu verwenden. Sein 1837 patentierter Elektromotor drehte bei 600 Revolutionen pro Minute und fuhr leichte Werkzeugmaschinen und a Druckerpresse Auf.

Aufgrund der hohen Kosten der in den Batterien verwendeten Zinkelektroden war sein Motor nicht kommerziell erfolgreich und Davenport ging bankrott. Viele Erfinder folgten Sturgeon und Davenport bei der Entwicklung des Elektromotors, aber alle stießen auf das gleiche Problem: die hohen Kosten für Energie aus Batterien.

Der moderne Gleichstrommotor wurde 1873 zufällig (wieder)entdeckt von Hippolyte Fontaine und Zenobe Gramm. Beim Verbinden von zwei Gramm DynamoEin Dynamo begann als Motor zu funktionieren, der vom anderen elektrisch angetrieben wurde. Damit wurde die Gramme-Maschine zum ersten erfolgreichen Industrie-Elektromotor.

1888 gegründet88 Nikola Tesla die erste praktische Induktionsmotor die aus einem zweiphasigen Wechselstromnetz gespeist wurde. Tesla setzte seine Arbeit mit dem Wechselstrommotor in den folgenden Jahren bei Westinghouse-Unternehmen. Unabhängig von Teslas Forschung entwickelt Mikhail Doliwo-Dobrowolskic ungefähr zur gleichen Zeit (1888) die Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussanker.

Operation

Der Betrieb eines Elektromotors basiert auf Elektromagnetismus. Der Motor besteht aus einem Stator und einem Rotor, der sich im Stator drehen kann. Von diesen beiden ist mindestens einer als Elektromagnet ausgeführt. Je nach Motortyp kann der andere als Dauermagnet, Elektromagnet oder sind nur aus magnetischem Material. Der Rotor beginnt sich aufgrund der Kraft der Magnetpole aufeinander zu drehen oder durch Induktionswirkung.

Jeder Elektromotor funktioniert auch als Dynamo, erzeugt der rotierende Motor Strom. Dieser Strom wirkt dem Versorgungsstrom entgegen.

Das Widerstand eines Elektromotors muss nicht besonders hoch sein und beim Einschalten entsteht auch ein hoher fließen spazieren gehen. Der Motor läuft nun und fungiert als Dynamo. Der erzeugte Strom fließt in die entgegengesetzte Richtung und der Nettostrom nimmt ab. Im Idealfall läuft der Motor mit voller Drehzahl, der erzeugte Strom ist gleich (aber entgegengesetzt) ​​dem Versorgungsstrom und es fließt überhaupt kein Strom. In der Praxis und insbesondere bei Belastung des Motors dreht der Motor etwas langsamer, so dass der erzeugte Strom etwas niedriger ist als der Versorgungsstrom.

Wenn Sie den Motor so halten, dass er sich nicht drehen kann, kann der Versorgungsstrom dazu führen, dass der Motor in Rauch aufgeht.

Beim Anlauf fließt durch einen Motor ein höherer Strom als beim Betrieb (der Anlaufstrom). Ein schwerer Motor wird daher manchmal mit einer niedrigeren Spannung gestartet, oft mit einem Stern-Dreieck-Schaltung, und langsam Sicherung eingesteckt.

Layout

Gleichstrommotor mit Bürste

sehen Gleichspannungs Motor für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Um die Drehung des Motors zu ermöglichen, müssen bei einem Gleichstrommotor mit Bürsten die Pole des Rotors jede halbe Umdrehung umgekehrt werden (oder häufiger, wenn Rotor und Stator aus mehr als zwei Teilen, den Kollektoren, bestehen). Diese Änderung von Polarität wird von der bereitgestellt Kommutator und Kohlebürsten. Der Motor dreht sich weiter, wenn die Richtung des durch ihn fließenden Stroms umgekehrt wird.

A: Shunt
B: Serie
C: Verbindung

Der Motor kann als Reihen- oder Nebenschlussmotor ausgeführt werden, wobei Feld- und Rotorspule in Reihe bzw. parallel zueinander geschaltet sind. Auch eine Kombination aus beidem ist möglich, die sog. Verbundmotor.

Bürstenlosen Motor

sehen Bürstenloser Elektromotor für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Es gibt auch Elektromotoren, bei denen die Kommutierung elektronisch gesteuert wird. Dieses bürstenlose Elektromotoren haben keine Kohlebürsten, was Funkenbildung und Verschleiß verhindert (ein Problem bei Bürstenmotoren). Ein solcher Motor wird auch als ECM-Motor (elektronisch kommutierter Motor) bezeichnet.

Drehstrommotor mit externer Kühlung

Wärmeentwicklung

Die häufigste Ursache für den Ausfall von Elektromotoren ist übermäßige Wärmeentwicklung. Die Motortemperatur wird zu hoch, wodurch die Lager Bei einem Ausfall können die Wicklungen einen Kurzschluss verursachen oder die Magnete dauerhaft entmagnetisiert werden und dadurch ihre Festigkeit verlieren.[2]

AC Motor

sehen Drehstrommotor für den Hauptartikel zu diesem Thema.

EIN Drehstrommotor besonders einfach aufgebaut sein, da die Kommutator-Kohlebürsten-Konstruktion entfallen kann. Dies ist bei einem Käfigläufermotor der Fall. Bei einem Schleifringläufermotor hingegen werden Schleifringe und Kohlebürsten (Rotor) verwendet. Durch ein Frequenzumwandler Die Drehzahl eines Käfigläufermotors lässt sich leicht regeln.

Anwendungen

Ventilator: Haushaltsgerät mit Elektromotor
Sony Walkman "SPORTS" aus den späten 80ern

Der Elektromotor kommt in so vielen Geräten vor und ist so selbstverständlich geworden, dass nicht mehr davon ausgegangen wird, dass er einen Elektromotor enthält oder das Wort Elektromotor in der Beschreibung eines Gerätes sogar komplett fehlt. Beispiele:

Verschiedene Berufe haben ihre eigene Ausrüstung: Bäcker (Brotschneider, Knetmaschine), Metzger (Fleischschneider, Fleischwolf), Zahnarzt (Zahnbohrer), Scherenschärfer (elektrische Mühle). Im medizinischen Bereich werden eingesetzt: Ventilator, Herz-Lungen-Maschine, peristaltische Pumpe, Insulinpumpe, Zentrifuge.

Außerdem viele Transportmitteln angetrieben von Elektromotoren, zum Beispiel der Zug, Straßenbahn, Elektroauto, Elektroroller und Motor, elektrisch Roller und Rollstuhl, elektrisches Fahrrad, Segway, Hoverboard und Schiffe wie Flüsterboot, U-Boot, Elektro-Schnellboot.[3] Es gibt auch Versuchsautos und -busse mit einem Elektromotor, der von angetrieben wird Brennstoffzellen. Das Anlasser eines Autos mit Verbrennungsmotor (Benzin/Diesel) ist ebenfalls ein Elektromotor und dient zum Starten des Verbrennungsmotors. Das moderne Luxusauto ist mit etwa 15 Elektromotoren ausgestattet: Anlasser, zum Öffnen und Schließen der vier Fenster, Verstellen und Anklappen der beiden Außenspiegel, 2 oder 3 Scheibenwischer, Scheibenwaschpumpe, elektrische Servolenkung, Klimaanlage und CD-Player.

Auch die Industrie nutzt in großem Umfang hauptsächlich 3-Phasen-Motoren zum Antrieb Pumps, Kompressoren, Montagelinien, tippt und andere Hebezeuge, Rührwerke in Behältern, Lüftungsanlagen, Verbrennungsluft- und Rauchgastransport usw. Besonders ein schwerer Elektromotor erzeugt beim Einschalten eine große Anlaufstrom. Das ist sehr stressig für die Stromnetz. Manchmal führt dies sogar zu einer augenblicklichen Verringerung der elektrischen Umgebungsbeleuchtung. Um diese "Spitzen" zu verhindern oder abzuflachen, wird ein solcher Motor mit einem Startgerät.

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