Archiv Papiertechnik

Elektrische Motoren

In Papier + Technik Juni/Juli 2006 wurde die Induktivität behandelt. Induktion ist in der Technik von überragender Bedeutung – ohne Generator und Motor ginge heute buchstäblich nichts. Generatoren wurden in der vorigen Ausgabe besprochen.

HLD

Die Bezeichnung Motor leitet sich aus dem lateinischen motus ab, was Bewegung bedeutet: Etwas oder auch jemand bewegt etwas. In der Elektrotechnik versteht man unter dem Elektromotor eine Maschine, die mit Hilfe von magnetischen Feldern (und der Induktion) elektrische in mechanische Energie umwandelt. Elektromotoren erzeugen meist rotierende Bewegungen, können aber auch translatorische Bewegungen ausführen (Linearantrieb wie bei Magnetschwebebahnen, siehe Papier+Technik 5/2006). Wie beim Generator gibt es sowohl Gleich- als auch Wechselstrommotoren. Elektromotoren werden zum Antrieb einer riesigen Anzahl von Maschinen und von Fahrzeugen, vor allem Schienenfahrzeugen, eingesetzt. Der erste brauchbare Elektromotor wurde im Jahr 1834 von dem Potsdamer Ingenieur Hermann Jacobi konstruiert. 1866 erfand Werner von Siemens die Dynamomaschine und verhalf letztlich dadurch dem Elektromotor zum Siegeszug.

Im Gleichstrommotor, der wie ein Gleichstromgenerator aufgebaut ist, wird bei Stromfluss durch den Anker ein Drehmoment erzeugt, das den Anker rotieren lässt. Die Drehung des Ankers induziert eine Spannung in den Ankerwicklungen, welche der von außen am Anker anliegenden Spannung entgegenwirkt. Sie ist bei schnell laufendem Motor fast so groß wie die angelegte Spannung, die Stromstärke ist sehr gering und der Motor läuft mit konstanter Drehzahl. Bei Last wird der Anker langsamer, die Gegenspannung sinkt und der Stromfluss durch den Anker wächst. Dadurch wird mehr Leistung aufgenommen und mehr mechanische Arbeit verrichtet. Zum Starten eines Gleichstrommotors benötigt man spezielle Vorrichtungen, meist wird ein so genannter Vorwiderstand vor den Anker geschaltet.

Es gibt zwei Arten von mehrphasigen Wechselstrommotoren: Drehstromsynchronmotoren und Induktionsmotoren (Drehstromasynchronmotoren). Beim Drehstromsynchronmotor sind die Feldmagnete auf dem Rotor montiert und werden durch Gleichstrom angeregt, die dreigeteilte Ankerwicklung wird mit Drehstrom betrieben. Die wellenförmige Änderung der drei Ströme im Anker bewirkt eine sich ändernde magnetische Wechselwirkung mit den Polen der Feldmagnete, wodurch sich das Feld mit einer konstanten durch die Frequenz des Antriebsstroms bestimmten Geschwindigkeit dreht. Bei großen Belastungen würde der Motor aber seine Drehzahl verringern und „aus dem Tritt kommen”, das heißt stehen bleiben, er ist also nicht überlastbar. Drehstromsynchronmotoren können auch mit einphasigem Strom laufen, sie benötigen dann eine Hilfseinrichtung zur Drehung des Magnetfeldes.

Der einfachste und meist verwendete Drehstrommotor ist der Induktionsmotor. Sein Rotor, der Anker, besteht aus drei feststehenden Spulen. In das rotierende Teil sind mehrere dicke Leiter kreisförmig um die Welle und parallel zu dieser eingelegt. Der durch die Ankerwicklungen fließende Drehstrom erzeugt das sich drehende Magnetfeld, welches einen Strom in den Leitern des Rotors erzeugt. Die Induktion zwischen dem rotierenden Feld und den Strom führenden Leitern des Rotors versetzt den Rotor in Drehung. Beim Betrieb differieren die Umdrehungsgeschwindigkeiten von Rotor und Feld um etwa zwei bis fünf Prozent, man nennt das den Schlupf.