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| Welche Kraft bremst denn den Motor? Die Wicklungen des Stators haben durch die Stromversorgung (Beispiel Bahn die Oberleitung) ein Magnetfeld. Der Rotor dreht sich noch und das ist die Kraft. Durch Induktion entsteht an den sich drehenden Rotorwicklungen eine Spannung. Das habe ich so schon verstanden. |
Trotzdem vermengst du offenbar Verschiedenes.
a)
Es ist nur Strom, der die Magnetfelder erzeugt, und weil die Magnetfelder von Anker und Stator (absichtlich) nicht parallel zueinander sind, entsteht eine Kraft bzw. das Drehmoment, mit dem sich die beiden Felder versuchen parallel zu stellen.
Dieses Drehmoment ist recht genau proportional zu Statorfeld und Ankerfeld, sowie dem Sinus des Winkels, den die beiden Felder miteinander bilden.
Das gilt unabhängig davon, ob sich der Motor dreht, oder ob du ihn festhältst.
Beim Gleichstrommotor sorgt der Kollektor dafür, dass die beiden Felder nie parallel zueinander werden können, sondern stets einen Winkel von ca. 90° einschliessen ( sin(90°) = 1 ).
Solange der Motor steht bzw. blockiert ist, werden die Ströme fast nur durch das ohmsche Gesetz (Drahtwiderstand der Wicklungen) und die angelegte Spannung bestimmt.
Weil gemäß ohmschen Gesetz mit zunehmender Spannung beide Ströme steigen, und das Drehmont dem Produkt der beiden Magnetfelder entspricht, steigt bei blockiertem Motor das Drehmoment quadratisch mit der Spannung.
b)
Wenn sich ein Magnetfeld ändert, wird in einer davon durchfluteten Spule eine Spannung induziert, die umso höher ist, je stärker sich das Magnetfeld pro Zeiteinheit ändert. Ein schwaches Feld, das sich schnell ändert, kann also eine genau so hohe Spannung induzieren, wie ein starkes Feld, das sich langsam ändert.
Das ist der Grund für den Drehzahlanstieg bei einer Abschwächung des Statorfeldes,
denn
c)
bei einem sich drehenden Gleichstrommotor wird durch die sich während der Drehung ständig verändernde magnetische Durchflutung der Ankerwicklung, eine (Wechsel)Spannung induziert und durch den Kollektor gleichgerichtet, die umso höher ist, je stärker das Statorfeld ist, und je schneller sich der Anker dreht.
Diese Spannung hat die gleicher Polarität, wie die an den Kohlebürsten angelegte Betriebsspannung des Motors. Man nennt sie die Gegen-EMK.
Dadurch sinkt (bei konstantem Statorfeld) mit zunehmender Drehzahl die Stromaufnahme des Motors, und wird etwas oberhalb der Leerlaufdrehzahl schliesslich Null. Die kleine Drehzahldifferenz "etwas oberhalb" wird benötigt, damit noch etwas Ankerstrom fliessen kann um die Leerlaufverluste des Motors zu decken.
Wenn man durch einen äusseren Antrieb die Drehzahl weiter erhöht, übersteigt die Gegen-EMK die Klemmenspannung, und dann kann der Strom durch die Ankerwicklung in umgekehrter Richtung fliessen: Der E-Motor wird zum Generator.
Wie geschildert, ist die Gegen-EMK proportional zur Feldstärke des Statorfeldes und der Drehzahl. Der Unterschied zur Klemmenspannung bewirkt einen Stromfluß im Anker, der ein Drehmoment erzeugt.
Je nach Stromrichtung versucht dieses Drehmoment den Anker so zu beschleunigen oder abzubremsen, dass Gegen-EMK und Klemmenspannung gleich sind.
Wenn man das Statorfeld reduziert, muss sich deshalb der Anker schneller drehen um die zur Kompensation der Klemmenspannung benötigte Gegen-EMK zu erreichen
Das funktioniert natürlich nur bei einem leer laufenden oder mäßig belasteten Motor, denn insgesamt sinkt durch das schwächere Statorfeld ja das maximal mögliche Drehmoment.
Zitat :
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| Was die Feldschwächung bewirkt weiß wohl niemand? |
Doch, man reduziert einfach den Strom durch die Statorwicklung.
Bei einem Nebenschlußmotor kann man das einfach mit einem Widerstand machen, den man mit der Wicklung in Reihe schaltet.
Dem Statorfeld ist es egal, ob sich der Motor dreht oder nicht, aber seine Stärke beeinflusst das Drehmoment des Ankers und die von der Drehzahl abhängige Gegen-EMK.
Die obigen Überlegungen schildern in erster Linie die Verhältnisse bei einem Nebenschlußmotor.
Bei einem Hauptschlußmotor, auch als Universalmotor bezeichnet, bewirkt schon die mit die Drehzahl ansteigendene Gegen-EMK eine Feldschwächung, wodurch die Leerlaufdrehzahl weiter ansteigt, u.U. bis zur Selbstzerstörung.
Bei kleinen Universalmotoren wie sie z.B. in Mixern oder Handbohrmaschinen verwendet werden, verhindern hauptsächlich die mit der Drehzahl stark ansteigenden Ventilationsverluste einen solchen katastrophalen Drehzahlanstieg im Leerlauf.
Welches Stromnetz? Der Motor wird ja nicht an der Versorgungsspannung hängend kurzgeschlossen.
