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Eigenerregte Gleichstrommotoren

Nebenschlußmotorzum Seitenanfang

Beim Nebenschlußmotor werden Läufer- und Ständerwicklung unabhängig voneinander gespeist oder eine der beiden Wicklungen ist als Permanentmagnet ausgeführt. Diese Ansteuerung bewirkt ein steifes, kaum nachgiebiges Verhalten.

Ersatzschaltbild eines Nebenschlußmotors Die Erregerwicklung ist parallel zum Ankerkreis geschaltet.

Somit gelten folgende Gleichungen:


Für den (quasi)-stationären Betrieb (diA/dt = 0, w = konst.) gilt:


Daraus ergibt sich:
 
Mit dem Drehzahlstellen des Gleichstromnebenschlußmotors (MM = konst.) kann
  • Änderung der Ankerspannung U sowie
  • Änderung des Anlaufmomentes M0~U2
erreicht werden.

Änderung der Leerlaufdrehzahl n0 ist nicht möglich.

 

Reihenschlußmotorzum Seitenanfang

Bei einem Reihenschlußmotor sind beide Wicklungen hintereinander geschaltet. Dieser reagiert mit veränderlicher Drehzahlsteifigkeit und verhält sich dadurch sehr weich. Insbesondere bei hohen Drehzahlen führen Schwankungen des Lastmomentes zu starken Änderungen der Winkelgeschwindigkeit.
Ähnliche Verhaltensweisen zeigt ein fremderregter Gleichstrommotor im Feldstellbereich.

Aus dem Ersatzschaltbild des Gleichstom-Reihenschlußmotors
können folgende Gleichungen ableitet werden:

Die Maschengleichung
im (quasi)-stationären Betrieb (diA/dt = 0, w = konst.):


1. Hauptgleichung elektrischer Maschinen:


2. Hauptgleichung elektrischer Maschinen:

 
 
Für den (quasi)-stationären Betrieb (diA/dt = 0, w = konst.) gilt:
Damit ergibt sich:

Beim Reihenschlußmotor steigt die Drehzahl bei kleinen Drehmomenten (im Leerlauf) stark an und geht im Extremfall gegen Unendlich (siehe Diagramm). Das würde eine Zerstörung des Motors bedeuten. In der Praxis wird die Drehzahl durch die Reibung begrenzt. Das mininale Drehmoment ist das Reibmoment MR .

 

Universalmotor - Kommutatorreihenschlussmotorzum Seitenanfang

Die Entwicklung des Universalmotors ist eng verknüpft mit der Entwicklung von elektromotorisch Haushaltgeräten und Handwerkzeugen. Diese mußten in den ersten Jahren ihrer Geschichte sowohl an Gleich- als auch an Wechselstromnetzen betrieben werden können. Ermöglicht wird der Wahlweise Betrieb an beiden Versorgungsnetzen durch die Reihenschaltung der Anker- und der Erregerwicklung. Dadurch ändern sich bei bei Wechselstromspeisung die drehmomentbildenden Größen (das von der Ständerwicklung erregte Magnetfeld und die Läuferdurchflutung) gleichzeitig. Damit bleibt die Richtung des Drehmoments unverändert.
Weitere Bezeichnungen für den Kommutatorreihenschlussmotor sind Allstrommotor und Lichtstrommotor.

Aus dem Ersatzschaltbild des Kommutatorreihenschlussmotors
können für den Gleichstrombetrieb folgende Gleichungen ableitet werden:



Daraus läßt sich die Gleichung für die Drehzahl als Funkltion des Drehmoments ableiten:


Da bei geringen Lastmomenten 2pcf = k1I ergibt sich eine hyperbolische Drehzahl-Drehmomentkennlinie.
Bei steigenden Lastmomenten wird der Ausdruck 2pcf = konstant und der Reihenschlussmotor nimmt Nebenschlussverhalten an, d.h. die Drehzahl sinkt linear mit wachsendem Lastmoment.


Für den Betrieb im Wechselstromnetz gilt:

Das Drehmoment kann mit folgender Gleichung berechnet werden:



Das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten wird durch



mit



mathematisch beschrieben.
Die Drehzahl-Drehmomentenkennlinie des Kommutatorreihenschlussmotors ist gekennzeichnet durch die unendlich hohe Drehzahl im idealen Leerlauf und durch das maximale Drehmoment im negativen Drehzahlbereich

Anforderungen an die Drehzahl:

  • Einhaltung einer konstanten Drehzahl
  • Sanftanlauf
  • Drehrichtungsumkehr
  • Drehzahlstellbereich bis zu einem Verhältnis von 1 : 80

Möglichkeiten zur Drehzahlstellung

  • Änderung der Klemmspannung mittels Transformator
  • mittels Ohmscher Widerstände (Barkhausen-Schaltung)
  • Anzapfung der Erregerwicklung
  • Drehzahlstellen durch elektronische Stellglieder
    • Wechselstrombetrieb: Phasenanschnittsteuerung, Schwingungspaketsteuerung
    • Gleichspannungsstellung: duch Gleichrichter (vollgesteuerter, ungesteuerter)

[H.-D. Stölting, E. Kallenbach "Handbuch Elektrische Kleinantriebe" Carl Hanser Verlag München Wien, 2001]

 

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