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Elektromotor - Erklärung

Ein Elektromotor ist das Gegenstück zu einem Generator. Während der Elektromotor Strom in mechanische Energie verwandelt, wird beim Generator mithilfe mechanischer Energie Strom erzeugt. Die Funktionsweise eines Elektromotors ist recht interessant und vielleicht ist sie mit nachfolgender Erklärung gut zu verstehen.

Die Welt der Motoren kann sehr spannend sein.
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Ein Elektromotor ist ein elektromechanischer Umwandler

  • Ein Elektromotor ist eine elektrische Maschine, die elektrische Energie (Strom) in mechanische Bewegung umwandelt. Diese Erklärung ist sicherlich noch nachvollziehbar. Die Elektromechanik befasst sich als Teilbereich der Elektrotechnik mit der Konstruktion mechanischer Vorgänge. Bei einem Elektromotor übt ein Magnetfeld eine bestimmte Kraft auf stromdurchflutete Leitungen einer Spule aus, um diese in Bewegung zu setzen. Ein Elektromotor kann auf rotierende (kreisende) oder translatorische (linienförmige) Bewegungen basieren. Viele Arbeitsmaschinen und Fahrzeuge, wie z. B. Züge, werden durch Elektromotoren angetrieben.
  • Der holländische Physiker und Mathematiker Hendrik Antoon Lorentz entdeckte, dass elektromagnetische Felder Kraft auf elektrische Ladungen ausüben. Diese Magnetfeld-Kraft wird daher als „Lorentzkraft“ beim Bau der Elektromotoren benannt. Ein feststehender Ständer kann, bei sogenannten Gleichstrommotoren, ein Dauermagnet sein. Dieser Dauermagnet kann aus Eisen leitfähige, magnetische Bauteile besitzen, die sich Polschuhe nennen. Eine zweite Möglichkeit wäre, die Kraft durch eine Erregerspule, ähnlich des Kompass-Prinzips zu erzeugen. Sogenannte Wechselstrom-Kommutatormotoren, bzw. Universalmotoren, nutzen in der Regel die Erregerspule.

Die Erklärung der Magnetfeld-Praxis (Erregerfeld) basiert auf dem Ørsted-Prinzip

  • Ein Elektromotor funktioniert im Grunde auf dem einfachen Prinzip magnetischer Wirkung von Strom, die der dänische Chemiker und Physiker Hans Christian Ørsted (1777 - 1851) entdeckte. Eine leichtere Erklärung liefert das Prinzip der Kompassnadel. Eine Kompassnadel wird vom gleichnamigen Pol abgestoßen und vom ungleichnamigen angezogen, bis sie in einer Linie zu beiden Polen zeigt. Genau dasselbe geschieht mit einem drehbaren Elektromagneten. Dieser muss also entsprechend gelagert sein, um sich drehen zu können.
  • Sobald die Kompassnadel ihren Plus-Minus-Stand erreicht hat, verbleibt sie in dieser Haltung. Es ist ein „toter Stand“ entstanden ohne weitere Bewegung. Um den so entstandenen „toten Stand“ wieder umzupolen, benötigt die Elektrotechnik sogenannte „Stromwender“. Diese Stromwender nennen sich Kommutator (commutare = vertauschen). Bei Gleichstrommaschinen muss für die Drehbewegungen ein Drehmoment erzeugt werden. Um die in Stellung gedrehten Pole erneut zu bewegen, wechseln die Kommutatoren (Polwender/Stromwender) die Anziehungskraft.
  • Der Elektromagnet wird also so gelagert, dass er sich durch entsprechend angebrachte Kommutatoren drehen kann. Man nennt das Anker. Dieser Kommutator, bestehend aus Plus-Minus-Feldern, wird an der Ankerwelle befestigt und leitet mit von einander getrennten Metallplättchen den Spulendraht. Auf der Kommutator-Oberfläche befinden sich feinste Kohlebürsten, die mit dem Strom verbunden sind. Indem sich der Anker nun dreht, entsteht eine periodische Schaltung. Elektrischer Strom fließt durch die Spule und das Magnetfeld bleibt in Bewegung.

Ein Elektromotor ist unterschiedlich stark

  • Wie also festgestellt, basieren die Drehbewegungen von Elektromotoren auf Magnetkraftfeldern. Je nach Größe der Spulen-Windungszahlen und Eisenkerne (diese liegen innerhalb der Spule), kann das Leistungsvermögen, also die Drehfrequenz eines Elektromotors, erhöht werden.
  • Die Elektrotechnik unterscheidet die einfachen Doppel-T-Anker und Dreifach-T-Anker. Wobei die einfachen Doppel-T-Anker-Motoren für Fahrzeuge eher ungeeignet sind, da sie beim Start angestoßen werden müssen. Bei einem Dreifach-T-Anker gibt es höchstens eine Spule, die ohne Krafteinwirkung ist, sodass der Motor von alleine starten kann.
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