Merken Antriebstechnik - Elektromotoren

Gleichstrommotoren

Gleichstrommaschinen sind Elektromotoren, die darauf ausgelegt sind, mit Gleichspannung gespeist zu werden, oder Generatoren, welche Gleichspannung erzeugen. Drehstrommaschinen haben Gleichstrommaschinen bei Investitionsgütern, insbesondere im Bereich der Automatisierungstechnik, größtenteils verdrängt. Bei Konsumgütern, wie z.B. Kraftfahrzeugen, sind sie aufgrund niedriger Kosten sehr verbreitet.

Abhängig von der Art der Erzeugung des magnetischen Feldes (Erregerfeld) werden bei Gleichstrommaschinen zwei Grundprinzipien unterschieden:

• Elektrisch erregte Maschine (Selbsterregte oder fremderregte Maschine)
• Permanenterregte Maschine

Bei elektrisch erregten Maschinen erzeugen stromdurchflossene Spulen (Erregerwicklung) das Magnetfeld. Wird für die Erregerwicklung die gleiche Spannungsquelle benutzt wie für die Wicklung, die das Drehmoment erzeugt (Ankerwicklung), spricht man von einer selbsterregten Maschine. Wird für die Erregerwicklung eine separate Spannungsquelle benutzt, handelt es sich um eine fremderregte Maschine. Fremderregte Maschinen erlauben eine unabhängige Einstellung der Stärke des Erregerfeldes über den Strom durch die Erregerwicklung. Nachteilig ist, dass zwei Spannungsquellen erforderlich sind. Bei permanenterregten Maschinen werden Permanentmagnete zur Erzeugung des Erregerfeldes eingesetzt. Die Stärke des Erregerfeldes ist bei diesen Maschinen konstant.

Fremderregter Gleichstrommotor

Bei fremderregten Gleichstrommotoren wird das Magnetfeld elektrisch von einer unabhängigen Spannungsquelle erzeugt. Grundlegende Zusammenhänge lassen sich an diesem Motor anschaulich darstellen. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse können anschließend auf andere Motoren übertragen werden. Da fremderregte Gleichstrommotoren zwei Spannungsquellen benötigen, haben sie keine Verbreitung.

Selbsterregter Gleichstrommotor

Beim selbsterregten Gleichstrommotor wird die Erregerwicklung zur Felderzeugung und die Ankerwicklung zur Drehmomenterzeugung an dieselbe Spannungsquelle angeschlossen. Abhängig davon, ob die Erregerwicklung parallel oder in Reihe zur Ankerwicklung geschaltet ist, wird unterschieden in:

• Nebenschlusserregung
• Reihenschlusserregung

Der Motor wird entsprechend Nebenschlussmotor oder Reihenschlussmotor genannt. Die Reihenschlusserregung wird auch Hauptschluss genannt. Nebenschlussmotor und Reihenschlussmotor können mit Wechselstrom betrieben werden, da das magnetische Feld sich gleichzeitig mit dem Strom umpolt. Da der Motor mit Nebenschlusserregung heute keine Bedeutung mehr hat, wird er nicht betrachtet. Sein Verhalten entspricht dem eines fremderregten Gleichstrommotors.

Permanenterregter Gleichstrommotor

Elektrisch erregte Motoren verbrauchen zur Erzeugung des Magnetfeldes ständig elektrische Energie, wodurch der Motorwirkungsgrad negativ beeinflusst wird. Dieser Nachteil wird dadurch vermieden, dass Permanentmagnete im Stator das erforderliche Magnetfeld erzeugen. Die größte Verbreitung haben permanenterregte Gleichstrommotoren im Bereich der Kleinantriebe (typischerweise ≤750W, häufig ≤500W). Bild 4.17 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines 4-poligen permanenterregten Gleichstrommotors. Einen permanenterregten Gleichstrommotor aus dem Automobilbereich zeigt Bild 4.18.

Bild 4.17 Prinzipieller Aufbau eines permanenterregten Gleichstrommotors

Für permanenterregte Gleichstrommotoren gelten dieselben Zusammenhänge und Konstanten wie für fremderregte Motoren, die nicht in Feldschwächung betrieben werden, da das Magnetfeld nur auf eine andere Art erzeugt wird. Ein Auszug aus einer Produktinformation für einen permanenterregten Gleichstrommotor findet sich im Anhang A1 „Weiterführende Informationen“.

Bild 4.18 Permanenterregter Gleichstrommotor mit eisenbehaftetem Anker und außenliegenden Magneten