Wie funktioniert ein Elektromotor?
funktioniert ein Elektromotor
Elektromotoren wandeln elektrische Energie in mechanische Energie um, um Propeller, Ventilatoren, Elektrowerkzeuge und andere Geräte anzutreiben. Sie treiben auch Elektrofahrzeuge an und helfen beim Aufladen der Bordbatterien während des Betriebs. Sie werden sogar zur Stromerzeugung in Hybridautos eingesetzt. Aber wie funktionieren sie?
Es gibt viele verschiedene Arten von Elektromotoren und Generatoren, sie basieren jedoch alle auf denselben Grundprinzipien. Sie basieren alle auf der Beziehung zwischen Magneten und Elektrizität. Fließt Strom durch einen Leiter in einem Magnetfeld, übt der Magnet eine Kraft auf den Leiter aus, die ihn in Drehung versetzt. Motoren bestehen aus einem stationären Teil, dem Stator, und einem beweglichen Teil, dem Rotor. Der Rotor hält die Leiter, die Strom führen, und ein rotierendes Magnetfeld erzeugt eine Kraft auf sie, so dass sie sich drehen und eine Welle erzeugen, die die Blätter oder Propeller des Motors antreibt.
Der Stator besteht aus Blechen aus einer Stahllegierung, die mit Draht umwickelt sind, um Induktionsspulen zu bilden, eine für jede Phase des Wechselstroms von der Stromquelle. Sie sind auf einem Rahmen mit Lagern montiert, die den Rotor tragen.
Wie funktioniert ein Elektromotor?
Wenn Strom durch die Induktionsspulen eines Motors fließt, wechseln die Feldmagnete am Rotor und Stator zwischen Nord- und Südpol. Die Leiter des Rotors liegen so nah an den Feldmagneten, dass sie auf diese Änderung mit kontinuierlicher Drehung reagieren. Abhängig von der Motorkonstruktion erzeugt diese Drehung des Rotors ein Drehmoment, das ein an der Rotorwelle befestigtes Zahnrad dreht.
Die meisten Elektromotoren verwenden eine dreiphasige Wechselstromquelle mit einem stromführenden und zwei neutralen Drähten. Die stromführenden und neutralen Drähte sind mit einem Kommutator verbunden, der die stationären Induktionsspulen mit einer rotierenden Schnittstelle namens Anker verbindet. Die Bürsten des Kommutators sind mit den rotierenden Ankerspulen verbunden und sorgen für einen nahezu schwankungsfreien Strom zwischen ihnen.
Die Ankerspulen werden von den Bürsten des Kommutators angetrieben und treiben gleichzeitig über die Feldmagnete den Rotor an. Die Zähne des Rotors sind auf den ersten Elektromagneten ausgerichtet, sodass sie sich drehen, um auf den nächsten Elektromagneten ausgerichtet zu sein. Während dies so weitergeht, drehen sich die Zahnräder, die die Welle antreiben, mehrmals pro Sekunde, um die mechanische Ausgangsenergie des Motors zu erzeugen.
Während sich die Motorwelle dreht, macht sie eine Umdrehung pro Minute, also 60 Mal pro Sekunde. Die Drehzahl des Rotors kann angepasst werden, es gibt jedoch immer ein Mindestwellendrehmoment, das der Motor/Generator zum Betrieb erzeugen muss (entspricht seinem Betriebspunkt). Die maximale Drehzahl und das Wellendrehmoment variieren je nach Motor/Generator je nach Kernsättigungsbeschränkungen, Wicklungsschlitzgröße und -tiefe, Erregerfrequenz, Polpaargröße, Luftspaltflussdichte und Betriebstemperaturanstieg. Der Motor/Generator kann jedoch Drehmomentstöße liefern, die über die maximale Drehzahl und das maximale Drehmoment hinausgehen, die er kontinuierlich aufrechterhalten kann. Dies ist am häufigsten bei Elektrofahrzeugen und Hybridautos der Fall. Dies liegt an der regenerativen Bremsung, die diese Autos nutzen, um Strom zum Laden ihrer Bordbatterie zu erzeugen.