Wie polt ein Kommutator(Stromwender) strom um (Magnetismus, Elektrotechnik)?
Ich verstehe den ganzen Kauderwelsch auf Wikipedia nicht...
Am besten so simpel wie möglich!
2 Antworten
Im einfachsten Fall besteht ein Elektromotor aus einem Elektromagneten und einem Permanentmagneten.
Solange durch den Elektromagneten gleichmäßig Strom fließt, verhält er sich wie ein normaler Magnet.
Insbesondere dreht er sich in der Nähe des Permanentmagneten so, dass sich Nordpol und Südpol gegenüberstehen, falls er sich überhaupt drehen kann. Ebenso der Permanentmagnet.
Beim Elektromotor mit Permanentmagnet ist üblicherweise der Permanentmagnet fest und der Elektromagnet drehbar. Eben weil man auf diese Weise am einfachsten einen Kommutator anbauen kann (siehe unten).
Damit ich hier nicht immer von beiden Polen und von Richtungen sprechen muss, soll der Permanentmagnet über dem Elektromagneten sein, mit dem Südpol unten und dem Nordpol oben. Die Drehachse des Elektromagneten soll vom Betrachter weg und auf den Betrachter zu laufen, also von vorn nach hinten, und der Elektromagnet selbst quer zur Achse und direkt unter dem Permanentmagneten.
Sobald man den Strom einschaltet, dreht sich der Elektromagnet natürlich mit seinem Nordpol nach oben. Wenn man den Strom weiterfließen lässt, bleibt der Elektromagnet so stehen (bzw. pendelt sich in dieser Stellung ein).
Wenn wir jetzt den Elektromagneten umpolen, wird aus seinem Nordpol ein Südpol und aus seinem Südpol ein Nordpol. Die Südpole stoßen sich ab und der Nordpol zieht den Südpol des Permanentmagneten an. Der Elektromagnet dreht sich also herum. Wenn er noch etwas Schwung hat, dreht er sich in dieselbe Richtung weiter.
Es ist natürlich mühsam, den Strom immer wieder von Hand umzuschalten. Außerdem müssen wir dann dafür sorgen, dass die Kabel sich nicht verdrehen - das könnten wir mit "Schleifringen" erledigen.
Machen wir mal folgendes: wir stellen den Elektromagneten aufrecht und biegen seine Anschlüsse so, dass sie in Höhe der Achse nach rechts und nach links zeigen und gleich weit von der Achse abstehen.
Wir klemmen zwei andere Drahtstücke an die Pole der Batterie. Die freien Enden dieser Drahtstücke halten wir an die Anschlüsse des Elektromagneten. Entweder bleibt der Elektromagnet so stehen (Nordpol oben) oder er fängt an, sich zu drehen (Südpol oben). Da wir wollen, dass sich das Ding bewegt, halten wir die Drähte natürlich entsprechend.
Der Elektromagnet setzt sich also in Bewegung. Dummerweise verliert er ziemlich sofort seinen Kontakt zu den Drähten von der Batterie und hört auf, ein Elektromagnet zu sein. Wenn er gut gelagert ist, dreht er sich aber mit dem Bisschen Schwung weiter, bis seine Anschlüsse wieder die Batteriedrähte berühren.
Der Elektromagnet "steht" jetzt andersherum als am Anfang, aber die Batteriedrähte sind auch am jeweils anderen Anschluss. Dadurch ist der ursprüngliche Nordpol ein Südpol und umgekehrt, aber weil der Magnet andersherum steht, ist wieder der Südpol oben. Der Magnet bekommt also einen neuen "Schubs" und dreht sich weiter (etwas schneller als vorher, weil er ja noch ein Bisschen Schwung von der ersten halben Drehung hat).
Dann wiederholt sich das Spiel - der Elektromagnet dreht sich wieder eine halbe Drehung ohne ein Magnet zu sein, kriegt wieder Kontakt, kriegt wieder ein bisschen Schwung dazu und dreht sich weiter. Usw.
Die Anschlüsse des Elektromagneten, die immer wieder Kontakt zu den Batteriedrähten bekommen, sind schon ein primitiver Kommutator - ihre Anordnung sorgt ja dafür, dass der Strom durch den Elektromagneten immer in der richtigen Richtung fließt.
Das ist das Prinzip; der ganze Rest sind technische Feinheiten.
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Z. B. stellen wir den Elektromagneten waagerecht und halten die Batteriedrähte oben und unten an die Anschlüsse. Der querstehende Elektromagnet hat nämlich maximales Drehmoment, außerdem bestimmt jetzt nicht mehr der Zufall, in welche Richtung er sich dreht.
Damit wir länger Kontakt haben, hängen wir an die Anschlüsse noch knapp halbkreisförmige Drahtstücke in T-Form an, die entlang einem Kreis um die Achse laufen. (Ganz kreisförmig dürfen sie ja nicht sein, sonst würden sie sich berühren und einen Kurzschluss bilden.)
Damit das Ganze besser hält, kleben wir die gebogenen Drahtstücke auf ein isolierendes Rad, das wir auf die Achse gesteckt haben.
Die Lücken zwischen den gebogenen Drahtstücken füllen wir auf, damit die Batteriedrähte nicht rattern, wenn wir sie mit etwas Druck daranhalten.
Damit wir besseren Kontakt haben, ersetzen wir die gebogenen Drahtstücke durch Kupferblechstücke, die deutlich breiter sind, und nehmen auch Blechstücke für die Batteriedrähte, um Blechstück an Blechstück zu halten.
Weil die Blechstücke sich gegenseitig schnell aufreiben, nehmen wir statt der Batterieblechstücke Kohlestücke (Graphitstücke), die leiten zwar nicht so gut, aber schmieren die Anordnung und minimieren so den Verschleiß.
Damit der Elektromotor besser rundläuft, nehmen wir mehrere Elektromagnete, die wir gleichmäßig gegeneinander verdrehen. Die Kontakte ordnen wir so auf dem Rad an, dass immer derjenige Elektromotor den Strom abkriegt, der gerade quer steht und am meisten Drehmoment liefert.
Usw.
Im Normalfall entsteht ja beim Rotor durch seine Kreisbewegung und den 2 Elektroden-Abgriffen der Wechselstrom (Sinus) mit seinen 2 Nulldurchgängen! Kommutatoren sind sehr viele Abgriffe um den gesamten Rotor herum, die entsprechend ständig auf dem gleichen positiven Wert bleiben, also Gleichstrom liefern.
Schau dir nochmal einen Gleichstromgenerator an! Die Schleifkontakte nehmen immer den gleichen Wert ab, weil sie von Kommutator zu Kommutator wechseln. Der spulenstrom ist Wechselstrom, nur die Schleifkontakte nehmen immer den gleichen Stomwert ab!
Gibt es mehr als nur einen Kommutator in einem Elektromotor?
Also in der Lösung steht:
Die Schleifkontake wechseln von eineer Hälfte des Schleifrings zur anderen, die Stromrichtung im Elektromagneten wird dadurch umgekehrt.
Die Pole des Elektromagneten werden vertauscht, die des Feldmagneten bleiben unverändert. Daher stehen sich jetzt wieder gleichnamige Magnetpole gegenüber, der Elektromagnet dreht sich weiter.
Bin zulange raus, kann möglich sein, dass vom Kommutatorring oder nur Kommutator gesprochen wird. Sind letztendlich sehr viele gegenseitig isolierte "Lamellen" als "Elektroden" um den Rotor, wovon über die Schleifkontakte der gleiche Wert abgegriffen wird.
Aha so ähnlich, die Kommutatoren werden als Schleifring bezeichnet. Der Elektromagnet ist im Rotor und bringt die Induktionsspannung durch das äußere Magnetfeld der Feldspule im Stator!
https://www.youtube.com/watch?v=2QWmDA4Y344
Bei 2min 51s wird ganz gut visualisiert was ich meine.
Aber wie dreht man die Anschlussleitung der Spule um. Das ist ja automatisch in einem Elektromotor da steht ja keiner und macht das...
Am besten so simpel wie möglich...
Ich habe das jetzt so verstanden:
Die Schleifkontake wechseln von einer Seite des Schleifrings zu einer anderer d.h. das der Strom umgekehrt wird. Im Zeiraum, in dem die Spule von einem anderen Polbereich wechselt, ist sie von der Kohlenbürste kurzgeschlossenm der Spulenstrom wechselt in dieser Zeit seine Richtung.
Fragen:
Wie wechseln die Schleifkontakte die Seite?
Wie wechselt der Spulenstrom seine Richtung?