Einführung
Elektromotoren sind für die Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie verantwortlich. Sie sind ein wichtiges Gerät in der Elektronik- und Maschinenbauindustrie, da sie beim Bau vieler elektronischer Geräte, Werkzeuge und Maschinen eine entscheidende Rolle spielen. Dieser Artikel ist ein Leitfaden für Anfänger in die Welt der Elektromotoren, da er die verschiedenen Arten von Elektromotoren, Anwendungen und vieles mehr behandelt.
Was sind Elektromotoren?
Elektromotoren sind Geräte, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln, üblicherweise nach dem elektromagnetischen Prinzip. Die meisten Elektromotoren arbeiten durch die Wechselwirkung des Magnetfelds des Motors und elektrischer Ströme, die um einen Draht gewickelt sind, um Kraft in Form eines Drehmoments zu erzeugen, das auf die Motorwelle übertragen wird.
Elektromotoren können durch Gleichstromquellen (DC) wie Gleichrichter oder Batterien oder durch Wechselstromquellen (AC) wie elektrische Generatoren, Stromnetze oder Wechselrichter angetrieben werden. Elektromotoren können nach Stromversorgungstyp, Konstruktion, Anwendung und Art der Bewegungsausgabe klassifiziert werden.
Die wichtigsten Komponenten von Elektromotoren
Der Elektromotor besteht aus verschiedenen Teilen, aber die wichtigsten Komponenten sind:
- Lager des Elektromotors: Der Rotor dreht sich dank der Unterstützung durch Lager im Motorgehäuse um seine Achse. Der Rotor dreht sich dank der Unterstützung durch Lager im Motorgehäuse um seine Achse.
- Rotor eines Elektromotors: Der Rotor ist eine Komponente des Motors, die sich bewegt und mechanische Energie erzeugt. Er enthält im Wesentlichen Leiter, die Strom leiten, und das Magnetfeld des Stators übt eine Kraft aus, um die Welle zu drehen.
Andere Rotoren haben jedoch Permanentmagnete und der Stator hält die Leiter. Permanentmagnete bieten eine hohe Effizienz über einen größeren Leistungsbereich und eine größere Arbeitsgeschwindigkeit.
Der Luftspalt zwischen Rotor und Stator ermöglicht dessen Drehung. Die Breite des Spalts hat einen wichtigen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften des Motors. Normalerweise wird er so klein wie möglich gehalten, da ein großer Spalt zu Leistungseinbußen führen kann. Elektromotoren arbeiten hauptsächlich aufgrund ihrer Konstruktion mit einem niedrigen Leistungsfaktor.
- Stator eines Elektromotors: Der Stator umschließt den Rotor und beherbergt die Feldmagnete. Diese Magnete können entweder Elektromagnete sein, die aus gewickelten Drähten auf einem ferromagnetischen Eisenkern bestehen, oder Permanentmagnete. Sie erzeugen ein Magnetfeld, das durch die Rotorwicklung läuft und Kraft auf sie ausübt. Der Eisenkern des Stators besteht aus mehreren dünnen Metallblechen mit Isolierung, die als Laminierungen bezeichnet werden. Laminierungen reduzieren den Energieverlust, der bei Verwendung eines massiven Kerns auftritt.
- Anker eines Elektromotors: Der Anker besteht aus gewickeltem Draht auf einem ferromagnetischen Kern. Wenn ein elektrischer Strom durch einen Draht fließt, erzeugt er ein Magnetfeld, das eine Lorentzkraft auf den Draht ausübt, wodurch der Rotor rotiert und mechanische Leistung liefert. Drahtspulen sind um einen laminierten Eisenkern gewickelt, um bei Stromzufuhr Magnetpole zu erzeugen.
- Kommutator eines Elektromotors: Ein Kommutator ist ein Drehschalter, der den Stromfluss in der Rotorwicklung periodisch umkehrt, wenn sich die Welle dreht, und so den Rotor mit Wechsel- oder Gleichstrom versorgt. Er besteht aus einem Zylinder aus mehreren Metallkontaktabschnitten auf dem Anker. Elektrische Kontakte, sogenannte Bürsten, werden verwendet, um elektrischen Strom auf den Rotor zu übertragen. Diese Bürsten bestehen aus einem weichen Leitermaterial wie Kohlenstoff, das auf den Kommutator gepresst wird. Wenn sich der Rotor dreht, erzeugen die Bürsten Schleifkontakte mit jedem nachfolgenden Abschnitt des Kommutators und versorgen den Rotor mit Strom. Zusätzlich sind die Rotordrahtwicklungen mit den Kommutatorabschnitten verbunden.
Arten von Elektromotoren
Es gibt mehrere Arten von Elektromotoren, die sich alle in der Anordnung der Leiter und des Felds sowie in der Steuerung der mechanischen Leistung, des Drehmoments, der Geschwindigkeit und der Position unterscheiden. Im Folgenden werden einige der wichtigsten Arten von Elektromotoren erläutert.
- Gleichstrommotoren
Ein Gleichstrommotor ist eine rotierende Maschine, die elektrische Energie aus Gleichstrom in mechanische Energie umwandelt. Gleichstrommotoren wurden häufig verwendet, da sie von Gleichstrombeleuchtungssystemen angetrieben werden können. Die Drehzahl eines Gleichstrommotors kann über einen weiten Bereich entweder durch eine variable Spannungsversorgung oder durch Veränderung der Stromstärke in der Feldwicklung gesteuert werden.
Kleine Gleichstrommotoren werden in Geräten wie Werkzeugen und Spielzeugen verwendet, während große Motoren zum Antrieb von Aufzügen und Hebezeugen, Elektrofahrzeugen und Antrieben für Walzwerke zur Stahlherstellung eingesetzt werden.
- Wechselstrommotoren
Ein Wechselstrommotor ist ein Elektromotor, der mit Wechselstrom betrieben wird. Er hat einen äußeren Stator mit Spulen, die ein Magnetfeld erzeugen. Ein innerer Rotor ist an der Welle befestigt, um ein zweites rotierendes Magnetfeld zu erzeugen.
Es gibt zwei Haupttypen von Wechselstrommotoren: Synchron- und Induktionsmotoren. Der Induktions- oder Asynchronmotor basiert ausschließlich auf einem kleinen Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Geschwindigkeit der Rotorwelle und dem rotierenden Magnetfeld des Stators, der als Schlupf bezeichnet wird und zu Rotorstrom in der Wechselstromwicklung des Rotors führt.
- 12V Motoren
Ein 12-V-Gleichstrommotor ist erschwinglich und klein, aber leistungsstark genug, um in vielen Anwendungen eingesetzt zu werden. 12-V-Gleichstrommotoren sind normalerweise bürstenlos und können ohne Bürsten zur Bewegung des elektrischen Stroms betrieben werden. Eine einzigartige Eigenschaft eines 12-V-Gleichstrommotors ist seine Betriebsspannung.
- Schrittmotoren
Ein Schrittmotor, auch Schrittmotor genannt, ist ein elektromechanisches Gerät, das elektrische Impulse in präzise mechanische Bewegungen umwandelt. Ein bürstenloser Gleichstrommotor unterteilt eine vollständige Umdrehung in mehrere gleichwertige Schritte. Er zeichnet sich dadurch aus, dass er eine Reihe von Eingangsimpulsen (Rechteckwellen) in genau definierte Inkremente der Drehposition der Welle umwandelt.
Ein Schrittmotor besteht aus gezahnten Elektromagneten, die einen zentralen Rotor umgeben, der ein zahnradförmiges Eisenstück ist. Ein Mikrocontroller oder eine externe Treiberschaltung versorgt die Elektromagneten mit Strom.
- Industriemotoren
Industrielle Elektromotoren wandeln elektrische Energie in mechanische Leistung um und erzeugen Dreh- oder Linearkräfte. Obwohl einige Industriemotoren mit Gleichstrom betrieben werden, werden sie häufig über Wechselstromquellen wie Stromnetze oder Generatoren versorgt.
Zu den Komponenten eines Industriemotors gehören Rotor, Stator, Spule, Luftspalt und Kommutator. Weitere Motortypen, die Sie kennen sollten, sind Einphasenmotoren, Servomotoren, Dreiphasenmotoren, 2-PS-Elektromotoren, 1-PS-Elektromotoren und bürstenlose Motoren.
Anwendungen von Elektromotoren
Elektromotoren werden hauptsächlich in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise in Ventilatoren und Werkzeugmaschinen, Pumpen, Lichtmaschinen, Elektrowerkzeugen, Antriebsmaschinen, Kompressoren, Turbinen, Walzwerken, Schiffen und Papierfabriken.
Der Elektromotor ist für verschiedene Anwendungen wichtig, beispielsweise für Hochspannungs-Wechselstrom-Heizungs-, Kühl- und Lüftungsgeräte, Kraftfahrzeuge und Haushaltsgeräte.
Standardmotoren liefern die erforderliche mechanische Energie für den industriellen Einsatz. Anwendungsgebiete sind Werkzeugmaschinen, Elektrowerkzeuge, Industrieventilatoren, Gebläse und Pumpen, Haushaltsgeräte, Fahrzeuge und Festplattenlaufwerke.
Kleine Motoren werden häufig in elektrischen Uhren verwendet, während regeneratives Bremsen oft in Traktionsmotoren eingesetzt wird. Elektromotoren werden für regeneratives Bremsen in Traktionsmotoren verwendet, umgekehrt als Generatoren, die Energie zurückgewinnen, die sonst durch Reibung und Hitze verloren gehen könnte.