Verbraucht ein Elektromotor im unteren drehzahlbereich mehr Strom als im oberen Drehzahlberich?
und wie sieht das mit der Last aus? je höher die Last desto höher der Verbrauch?
6 Antworten
Der Wirkungsgrad (Verhältnis von abgegebner Leistung zu aufgenommener Leistung) eines Elektromotors variiert je nach Motor-Bauart und eingesetzter Regelegungstechnik mehr oder weniger mit der Drehzahl. Dafür wird sich kaum eine allgemeingültige Formel finden lassen. Grundsätzlich steigt natürlich die Stromaufnahme mit zunehmender Drehzahl bei konstantem Drehmoment, oder umgekehrt mit zunehmendem Drehmoment bei konstanter Drehzahl. Die Leistung ist gleich dem Produkt aus Drehzahl und Drehmoment. Vereinfacht gesagt: Der Stromverbrauch steigt gleichermaßen mit der Last und mit der Drehzahl.
das ganze hängt sehr stark davon ab, was du für einen motor verwendest und wie du ihn regelst. aber eines haben sie alle gemeinsam. je leichter sie sich tun, sprich je weniger mechanische last anliegt, desto weniger strom verbrauchen sie.
eine kleine ausnahme bilden die asyncronen drehstrommmotoren. hier reduziert sich mit der last nicht unbedingt der strom, sondern nur die Leistung. d.h. sie werden im freilaufbetrieb zu blindlasten. der Wicklungsstrom bleibt, aber die wirkleistung sinkt. es gibt ganze bücher zu dem thema, daher kann ich dir pauschal leider keine antwort geben...
hier mal ein kleiner überblick über die verbreittesten elektrischen antriebe:
Gleichstrommotor:gleichstrommotoren gibt es als sogenannte reihenschlussmotoren, hier sind Feld und Ankerwicklung in reihe geschaltet. diese motoren haben ein konstantes drehomoment bei variabler drehzahl. das drehomoment steigt nicht beim einbremsen an, im leerlaufbetrieb neigen sie dazu bis zur selbstzrstörung hochzudrehen. typische anwendungen sind gegenzugmotoren für kabel oder schlauchhaspeln oder KFZ-Anlasser.
oder als so genannte nebenschlussmotoren. hier sind feld und ankerwicklung parallel geschaltet. der nebenschlussmotor hat eine feste drehzahl, die er auf jeden fall versucht zu erreichen. bremst man ihn ein, steigt das drehmoment. die meistens findet man sie in elektrischen speilzeugen. z.b. modellautos. nebenschlussmotoren lassen sich über pulsweitenmodulation (PWM) das schnelle ein und auschalten der stromversorgung relativ gut in ihrer drehzahl regeln.
eine sonderofrm des gleichstrommotors ist der permeantentmagnetgleichstrommotor. er ist in der bauform etwas kompakter, da nicht so aufwändig. zu finden oftmals als antrieb einer festplatte oder für elektrische fensterheber in autos.
Wechselstormmotoren:der wohl bekannteste wechselstrommotor ist der Bürsten, oder Kollekormotor. er kommt in allen möglichen haushaltsgeräten vom Mixer bis zur Bohrmaschine zum einsatz. die grundbauform ist eigendlich wie beim nebenschlussgleichstrommor, auf grund seiner geometrie (anordung der bürsten usw, kann er aber im gegensatz zu seinem kollegen mit Wechselstrom betrieben werden. es gibt übrigens auch welche, die so wohl mit gleich als auch wechselstrom klar kommen, das sind dann die so genannten universalmotoren. hin und wieder in einer waschmaschine verbaut.
ebenfalls in der waschmaschine befindet sich häuftig der so genannte spaltmotor. er nutzt das wechselfeld, kommt also ohne elektrische verbindung zwischen stator und anker aus. meistens ist er für die Laugenpumpe eingeetzt. spaltmotoren fidnet man aber auch hin und wieder z.b. bei ventilatoren oder der gleichen. sie laufen sehr sanft und leise, sind aber nicht sonderlich effizient.
in moderenren maschinen kommt übrigens für die laugenpumpe ein permanentmagnetgenerator zum einsatz. er funktioniert ähnlich, ist aber ein wenig effizienter. bauartbedingt braucht er auch keine wellendichtung, was die laugenpumpe haltbarer macht. kleiner nachteil: es gibt keine garantie für die drehrichtung der pumpe. aber das ist hier egal...
größere wechselstromgeräte wie kompressoren oder der gleichen haben meistens einen hilfsphasenmotor. das ist so eine art 2phasenwechselstrommotor. hier wird mit einem kondensator eine hilfsphase erzeugt, die 90° zur hauptphase läuft. der anker ist ein einfach in sich geschlossener stromkreis, braucht also keine elektrische verbindung zum Ständer...
deswegen sind hilfsphasenmotoren, abgesehen davon dass hin und wieder der kondensator ausgewechselt werden muss wartungsfrei. lediglich die lager KÖNNEN mal probleme machen, das ist aber innerhalb des lebenszyklus einer maschine eher unwarscheinlich.
Drehstrommotoren:der bekannteste drehstrommotor ist der asyncronomtor oder auch kurzschlussläufer. er funktioniert ählich dem hilfsphasenmotor, hat aber nicht 2 phasen die um 90, sondern 3 die um 120 grad versetzt sind. diese kommen fertig aus dem netz. über die reihenfolge der phasen kann die laufrichtung umgekehrt werden.
drehstrommotoren haben je nach netzfreqzenz und polzahl eine feste drehzahl. die die erreicht der motor unter last auf jeden fall. schafft er es nicht, nimmt das drehmoment bis an die grenze der selbstzerstörung zu...
vernünftig in der drehzahl regelbar sind drehstrommotoren eigendich nur über die freuqeunz (Frequenzumrichter) oder das umschalten von wicklungen, heute aber eher unüblich, da aufwändiger als FU-Betrieb....
es gibt auch syncrone drehstrommotoren. hier muss das feld im anker von außen indziert, oder durch den einsatz von permanentmagneten generiert werden. letztere bauform ist auch als generator für kleinwindkraftanlagen sehr beliebt...
ich hoffe, das gibt jetzt mal einen kleinen überblick
bevor du dir die mühe machst, denk mal drüber nach, ob es vieleicht einen unterschied zwischen nenn und felddrehzahl gibt... guck mal auf das typenschild von so einem motor... steht da 1500 ? nein ! da steht 1440 !!! das ist die NENNDREHZAHL das andere ist die FELDDREHZAHL -
- die anna kann das auch !
Ja, Elektromotoren regeln sich selber. Die einen mehr, die anderen weniger.
Ein Gleichstrommotor ist gleichzeitig auch ein Generator. Dreht er sich mit Nenndrehzahl, erzeugt er eine Gegenspannung die so hoch ist wie die Nennspannung. Die Gegenspannung verhindert den Stromfluß. Kommt Last hinzu, geht die Drehzahl und somit die Gegenspannung runter, dadurch steigt der Strom und damit die Leistung die der Motor umsetzt. Da immer etwas Last durch Reibung vorhanden ist, kann ein Gleichstrommotor niemals seine Nenndrehzahl erreichen wenn er mit Nennspannung betrieben wird. Der Nennstrom ist wiederum bei Nennlast gemesen, also weit unter der Nenndrehzahl.
Bei Asynchronmotoren ist es etwas anders. Auch hier zieht der Motor keinen Strom wenn der Rotor perfekt dem Drehfeld folgt. Durch Last entsteht der sogenannte "Schlupf", der Rotor eilt dem Drehfeld hinterher. Je größer der Schlupf, desto mehr Leistung zieht der Motor von der Stromquelle und desto härter arbeitet er.
Einige Motoren regeln sich übrigens nicht selber. Brushless DC Motoren haben theoretisch eine unendliche Nenndrehzahl, allerdings kann die Elektronik nicht unendlich schnell die Spulen schalten wodurch es dann eine gewisse, harmlose maximaldrehzahl gibt. Man kann die Elektronik auch so bauen dass man die Nenndrehzahl genau einstellen kann.
Auch Reihenschlußmotoren erzeugen kaum gegenspannung die gegen die Quelle arbeitet. Die laufen immer schneller bis es die zerreißt wenn nicht genügend Last vorhanden ist. Mangels Gegenspannung haben die aber in allen Drehzahlbereichen extrem viel Kraft, daher verwendet man die zt.B. für Straßenbahnen, eigentlich überall dort wo sichergestellt ist dass die Last niemals fehlen kann. Ist der Motor einer Straßenbahn unbelastet, ist die Straßenbahn aus den Schienen gekippt und der Strom ist sowiso weg.
Allerdings haben auch Waschmaschinen oft einen Reihenschlußmotor der durchszugsstark bei den langsammen Waschbewegungen ist und auch beim Schleudern mit viel Kraft hohe Drehzahlen erreichen kann. Hier besteht aber die Gefahr dass der Riemen reißt. Damit es dann nicht den Motor zerreißt gibt es einen "Tachogenerator" am Motor. Erkennt die Elektronik dass der Motor zu schnell läuft, wird die eingespeiste Leistung reduziert. Überbrückt man die regelung und entfernt den Riemen, läuft der Motor rasant auf extreme Drehzahlen, hält sich eine Weile bei einer viel zu hohen Drehzahl da der Kommutator nicht mehr nach kommt und nach meistens drei, vier Minuten zerreißt es den Motor weil die Lager durch die viel zu hohe Drehzahl blockieren. Manchmal zerfetzt es auch nur die Wicklungen und der Motor läuft langsam aus. Es kann auch passieren dass es den Motor zerreißt bevor der Kommutator nicht mehr nach kommt, das habe ich persönlich aber noch nie gehabt.
Gute Erklärungen mit kleinen Schwächen. Ein Reihenschlussmotor hat NICHT in jedem Drehzahlbereich hohe Kraft sondern viel Kraft in der Nähe des Stillstandes und kaum Kraft bei hohe Drehzahlen. Das kommt weil das Feld und der Anker in Serie sind. Langsame Drehzahl = wenig GegenEMK = viel Strom bei gleicher Spannung, Die Magneten haben viel Kraft und ziehen sich maximal an. Höhere Drehzahen haben dann schwäche Felder zu Folge und somit sinkt die Kraft rapide. Da ist eher der Nebenschlussmotor mit konstantem Feld oder auch Dauermagnet unabhängig von der Drehzahl die Leistung gleichmäßiger hält, oder anders gesagt bei dem sinkt nur die Kraft des Ankers aber nicht die des Feldes.Die Drehzahl ist übrigens in der Abhängikeit des Feldes, Drehzahl mal Feld ist immer gleich nach der Formel E = K * Phi * N (E=Energie, K=Konstante des Motors, Phi = Feldstärke, n = Drehzahl). Ja die Regelungen schonen nicht den Riemen sondern nur die Wäsche
Der Reihenschluß zeichnet sich doch gerade durch annähernd gleiches Drehmoment bei allen Drehzahlen aus. Der Grund warum der immer weiter beschleunigt ohne eine Last dran.
Der Nebenschlußmotor, der versucht für jede Stellung eine bestimmte Drehzahl einzustellen.
- wenn da nu statt asynchron-motor synchron-motor stehen würde .... ;-)
Asynchron deshalb weil der Rotor dem Feld hinterher eilt, also nie ganz synchron sein kann. Nur hier gibt es den Schlupf, ein Synchronmotor würde beim Auftreten des Schlupfes stehen bleiben.
Aber dann kann man einen Synchronmotor doch nur bei sehr geringer und langsam ansteigender Frequenz anlaufen lassen,, oder?
Alles sehr interessant, fleißig und sachkundig. Ich fürchte nur, so detailliert wollte es der Fragesteller gar nicht wissen, sonst hätte er seine Frage spezieller gestellt. Ihm ging es um die ganz allgemeinen Prinzipien.
geregelt oder ungeregelt? Wenn der Motor langsamer dreht weil du ihn runterregelst braucht er meist weniger Strom weil ja die Belastung sich nicht ändert, vergleichweise wein du beim Radfahren beschließt langsamer zu fahren weil du Lust hast. Weniger Kraft bei treten und du wirst langsamer. Anders ist es wenn du nicht regelst sondern die Last erhöhst. Dann wird der Motor auch langsamer aber bei mehr Strom. genauso wie beim Radfahren wenn plötzlich ein Berg oder Gegenwind kommt. Du plagst dich mehr und wirst trotzdem langsamer. Kannst natürlich zurückschalten und bei gleicher Kraft nur um etwas mehr langsamer werden. Mit dieser Art von Regelung würde ein Motor immer gleich viel strom verbrauchen aber Drehzahlmäßig größere Schwankungen haben.
Das mit dem Drehzahlbereich hängt von der Bauart ab. Ein schnelldrehender E-Motor kann bei gleicher Leistung viel kleiner sein als ein langsam drehender. Je weiter sich die Drehzahl vom Optimum entfernt, desto ungünstiger das Leistungs/Verbrauchs- Verhältnis. Aber vielleicht meldet sich hier ja noch ein Experte - ich habe eigentlich kaum einen Schimmer von solchen Sachen. Dass der Verbrauch mit der Leistung steigt, ist aber vollkommen klar.
Sehr viel erklärt, wäre nett wenn alles richtig wäre. Nebenschlussmotoren lassen sich kaum in der Drehzahl regeln, schreibst ja selbst die ist fest, also bau lieber Reihenschlussmotoren in die Rennautos. Reihenschlussmotoren haben genau das Gegenteil einer konstanten Kraft oder eines gleichmäßigen Drehmoments. Langsam drehen ohne GegenEMK = viel Strom in Anker UND Feld ergibt also 2 starke magneten die sich stark anziehen mit hohem Drehmoment. Schnelles drehen mit viel Selbstinduktion = wenige Ampere durch Stator und Rotor und somit auch wenig Kraft und Drehmoment. Über die Beschreibung der Wechselstrommoter lässt sich streiten denn diese Bürstenmotoren sind eigentlich Gleichstrommotoren bei denen das Dauermagnetfeld durch Eloktromagneten ersetzt wurde und somit auch mit Wechselstrom betrieben werden kann, daher bestenfalls als Allstrommotor bezeichnet werden kann. Echte Wechselstrommotoren brauchen unbedingt den Wechsel und sind zB der Kurzschlussläufer oder Spaltmotor wie du schreibst. Die Nenndrehzahl kann er aber keinesfalls erreichen da das der Wirkungsweise widerspricht. Die Kraft zum drehen kommt aus dem Unterschied der Felddrehzahl (meist 3000/min) zur wirklichen. Nur die Synchronmotoren drehen genau mit Nenndrehzahl.