Wechselstrommotor?
Hallo,
ich schreibe morgen einen Physik Test und verstehe das mit dem Wechselstrommotor nicht ganz.
Beim Gleichstrommotor ist der Stator ja ein Permanentmagnet. Beim Wechselstrom muss der Stator aber ein Elektromagnet sein, dass sich auch der Stator umpolt - oder? Aber warum polt sich der Stator beim Wechselstrommotor nur mit einem Elektromagnet um und nicht mit einem Permanentmagnet?
6 Antworten
ein einfacher permanentmagnet reicht auch beim gleichstrommotor nicht aus, damit er läuft. das wäre ungefähr, wie beim radeln mit dem fuß auf der pedale stehen zu bleiben. damit ein fortlaufender prozess aus abstoßung und anziehung stattfindet muss auch hier mit einem polwender gearbeitet werden. ein permanenter magnet ist garnicht erforderlich!
siehe waschmaschiene. deren motor läuft mit gleich oder wechselstrom. das ist dem motor schlicht egal. heißt auch universalmotor. der trick dabei ist der, dass der strom im ständer und im läufer (wenn er mit wechselstrom betrieben wird) sich gleichzeitig umpolen und sich damit auch die magenetische wirkung wieder angleicht. der fortlaufende abstoß- und anziehprozess wird durch den umpoler bewerkstelligt.
lg, anna
muss der Stator aber ein Elektromagnet sein, dass sich auch der Stator umpolt
Das ist genau richtig. Und wie willst Du einen Permanentmagneten umpolen? Das geht nur mit "viel Kraft" und Du brauchst dazu Wechselspannung.
Dann nimmst Du doch leichter gleich Wechselspannung und eine Spule, die sich dann auch umpolt...
Der Wechsel bzw Drehstrommotor besteht aus einer Stator und einer Rotor Wicklung. Der Rotor wird auch "Käfigläufer" genannt. Das kann man sich vorstellen wie eine in sich kurzgeschlossene Dose.
fließt ein Wechselstrom nun durch die Stator Wicklung so verändert sich mit der gleichen Frequenz das magnetische Feld mit der auch der elektrische Strom durch die Wicklung fließt.
Diese Magnetfeldänderung führt dazu, dass in dem Kurzschlussläufer eine elektrische Spannung nach dem Induktionsgesetz:
induziert wird. Da der Kurzschlussläufer in sich Kurzgeschlossen ist, führt dies zu einem Kurzschlussstrom welcher wiederum ein magnetisches Feld aufbaut, welcher dem äußeren Feld entgegen wirkt. Es entsteht ein sich im inneren magnetisches Drehfeld mit einer Drehzahl welcher dem äußerem Drehfeld hinterherläuft. so kommt es zu einer Drehbewegung des Rotors.
Die Drehfelddrehzahl und die Läuferdrehzahl sind dabei nicht Synchron. Das heißt der Läufer dreht sich etwas langsamer als das magnetische Drehfeld. Die Differenz der Drehzahlen wird Schlupf genannt und wird in % angegeben.
Man unterscheidet also zwischen Synchronmaschinen und Asynchronmaschinen. Die beschriebene Maschine ist die Asynchronmaschine. Läufer und Drehfelddrehzahl sind nicht Synchron.
Währen Drehfelddrehzahl und Läuferdrehzahl Synchron so würde der Käfigläufer keine Magnetfeldänderung erfahren und es würde keine Spannung induziert werden, diese Maschine kann also nur Asynchron laufen aufgrund der physikalischen Gegebenheiten.
Der Synchronmotor verfügt über einen zusätzlichen Schleifkontakt über dem die Spannung gespeist wird. Die an dem Käfigläufer angelegte Spannung ist nicht länger von einer Magnetfeldänderung abhängig und der Motor kann Synchron funktionieren.
um zu verstehen was das eigentlich soll mit den unterschiedlichen Wechselstrommotoren, müssen wir uns das Drehmomentverhalten anschauen. Im folgenden sehen wir
Wir sehen hier nun das Drehmoment in Abhängigkeit von der Läuferdrehzahl und der Punkt an dem die Kennlinie gegen 0 fällt, das ist der Punkt bei der die Frequenz gleich der Läuferdrehzahl ist, das heißt hier ist der Schlupf 0.
Wir sehen, wenn der Schlupf 0 wird, wird auch das Drehmoment 0 Das ist bei einer Synchronmaschine anders:
Bei der Synchronmaschine ist der Schlupf 0 das Drehmoment im Leerlauf bleibt also immer konstant.
Wird der Motor an seiner Welle belastet kommt es zu einer Verschiebung zwischen Läufer und Drehfeld was als "Polradwinkel" bezeichnet wird. Das Drehmoment ist von diesem Polradwinkel abhängig. Das Drehmoment des Motors erreicht zwischen 45° und 90° des Polradwinkels sein Maximum. Wird dies überschritten, so kommt es zum sogenannten "Kippmoment" bei der das Drehmoment komplett zusammenbricht.
Das heißt im Verhalten des Drehmoments kann man schon erkennen, dass man die jeweiligen Motoren je nach Anwendungsanforderung einsetzen kann. So kann es z.b. sein, dass von dem Motor erwartet wird, dass auch wenn die Läuferdrehzahl gleich der Drehfelddrehzahl das Drehmoment konstant bleiben muss, in dem Fall währe die Synchronmaschine die bessere Wahl für eine Antriebsmaschine.
Da ein Wechselstrom lediglich ein Wechselfeld erzeugt und kein Drehfeld wird beim Induktionsmotor ein Kondensator benötigt der Kondensator sorgt im Wechselstrom für eine Phasenverschiebung in dem jeweiligen zweig um 90°. Wechselstrommotoren die nur für den Wechselstrombetrieb gebaut sind, verfügen 2 Stator Wicklungen, die Haupt und die Hilfswicklung. Diese Wicklungen sind um 90° versetzt voneinander angeordnet um den höchst möglichen Wirkungsgrad beim Wechselstrombetrieb zu erreichen. Dieser Motor kann nicht am Drehstrom betrieben werden.
Drehstrommotoren können mit Hilfe der Steinmetzschaltung ebenfalls für den Wechselstrombetrieb umgebaut werden jedoch bleibt die Anordnung der Wicklungen 120° und nicht 90°. Der durch eine Steinmetzschaltung betriebene Drehstrommotor verfügt nur noch 70% der Motornennleistung.
Es gibt doch gar keine Wechselstrommotoren mit Permanentmagnet. Weil die - eben wegen WECHSELstrom - dafür nicht geeignet sind. Und wie willst du einen PERMANENTmagneten "umpolen"? Der heißt doch nicht umsonst permanent, also dauerhaft und hat nichts mit Strom zu tun, da er üblicherweise aus Keramik ist.
Beim Wechselstrom muss der Stator aber ein Elektromagnet sein, dass sich auch der Stator umpolt - oder?
Der polt sich automatisch durch das Drehfeld des Drehstroms um und zwar genau 50 mal in der Sekunde. Da wird die Umpolung praktisch mit dem Wechsel/Drehstrom mitgeliefert und damit die wirkt, braucht man einen Elektromagneten. Das ist ja das besonder praktische an Drehstrommotoren, dass der Stator die Wicklungen enthalten kann und das Gegenmangetfeld automatisch im Läufer induziert wird, sodass man auf einen Kommutator wie beim Gleichstromotor verzichten kann. Der muss sozusagen seine Umpolung selber durch die Drehung des Läufers erzeugen.