Stromaufnahme beim Elektromotor

[Matthias Baur]

Hallo NG,

mich beschäftigt schon seit längerem die Frage, warum ein Elektromotor
bei steigender Belastung mehr Strom zieht, aber irgendwie habe ich in
der Literatur noch keine zufriedenstellende Erklärung dazu gefunden.

Es heißt zwar immer, dass der Stromfluss dem Drehmoment proportional
ist - aber welcher physikalische Sachverhalt ist dafür verantwortlich,
dass, wenn ich den Motor belaste, er dann einen größeren Strom zieht?
Ich meine damit den genauen Mechanismus, der hinter I~M steckt.
Dies hängt doch irgendwie mit der induzierten Spannung zusammen, oder?

Gibt es hierbei Unterschiede zwischen Gleichstrom-, Synchron- und
Asynchronmaschinen?

Danke !!!


Gruß,
Matthias

 

[Simone Winkler]

: Hallo NG,
:
: mich beschäftigt schon seit längerem die Frage, warum ein Elektromotor
: bei steigender Belastung mehr Strom zieht, aber irgendwie habe ich in
: der Literatur noch keine zufriedenstellende Erklärung dazu gefunden.
:
: Es heißt zwar immer, dass der Stromfluss dem Drehmoment proportional
: ist - aber welcher physikalische Sachverhalt ist dafür verantwortlich,
: dass, wenn ich den Motor belaste, er dann einen größeren Strom zieht?
: Ich meine damit den genauen Mechanismus, der hinter I~M steckt.
: Dies hängt doch irgendwie mit der induzierten Spannung zusammen, oder?

Naja....grundsätzlich funktioniert ein Motor ja, weil sich etwas in einem
Magnetfeld bewegt. Und da herrscht die Lorentzkraft...
und die ist halt

F=i*(l x B)

für einen stromdurchflossenen Leiter der Länge l und des Magnetfelds B.

tja....das Moment ist dann M=r*F.

Die genaue Herleitung wär da jetzt ein wenig langwierig denke ich, aber die
Stromabhängigkeit kommt aus der Lorentzkraft.
Rauskommen tut für die Gleichstrommaschine dann

M=c*phi*I_A

c: Konstante, die den Aufbau der Maschine beschreibt
phi: Erregerfluß (hängt vom Erregerstrom ab)
I_A: Ankerstrom

: Gibt es hierbei Unterschiede zwischen Gleichstrom-, Synchron- und
: Asynchronmaschinen?

Eigentlich herrscht dasselbe Grundprinzip - überall.
In Drehfeldmaschinen (Asynchron-/Synchronmaschine) ist halt noch ein Faktor
sin beta dabei, der die Phasenverschiebung berücksichtigt:

M_i=c*phi_h*I1*sin beta

Herleiten tut man das ganze meist aus der Leistung.

 

[Peter Heckert]

Hallo,

Matthias Baur wrote:

Hallo NG,

mich beschäftigt schon seit längerem die Frage, warum ein Elektromotor
bei steigender Belastung mehr Strom zieht, aber irgendwie habe ich in
der Literatur noch keine zufriedenstellende Erklärung dazu gefunden.

Es heißt zwar immer, dass der Stromfluss dem Drehmoment proportional
ist - aber welcher physikalische Sachverhalt ist dafür verantwortlich,
dass, wenn ich den Motor belaste, er dann einen größeren Strom zieht?
Ich meine damit den genauen Mechanismus, der hinter I~M steckt. Dies
hängt doch irgendwie mit der induzierten Spannung zusammen, oder?

Gibt es hierbei Unterschiede zwischen Gleichstrom-, Synchron- und
Asynchronmaschinen?

Man kann das mit dem Energiesatz begründen. Am Besten betrachtet man

zunächst einen idealisierten Nebenschlussmotor mit dem Innenwiderstand 0.

Ein solcher Motor wirkt auch als Generator und erzeugt eine Gegen-EMK.
Nehmen wir an, dass bei einer bestimmten Drehzahl die Gegen-EMK genauso
groß wie die Klemmenspannung wäre. Dann würde kein Strom fliessen.
Diese Drehzahl ist aber nur erreichbar, wenn es keine Reibung gibt.

Je grösser die Reibung oder die Belastung wird, um so grösser wird die
Energieabgabe und -aufnahme. Da die Klemmenspannung konstant ist, muss der
Strom steigen.

Wäre der Innenwiderstand des Motors 0, dann wäre das Drehmoment beliebig
gross und die Stromaufnahme bei beliebig hoher Belastung beliebig hoch und
die Drehzahl konstant.

In (billigen) Plattenspielern usw. nutzt man das aus, man speisst den
Motor mit einer elektronischen Spannungsquelle mit negativem
Innenwiderstand, und kompensiert so den Innenwiderstand des Motors und
erhält lastunabhängige Drehzahl.

Bei Nebenschlussmotoren und (A)Synchronmotoren ist es komplizierter.

Generell ist aber die magnetische Kraft dem Stromfluss proportional, und
damit das Drehmoment an der belasteten Achse ebenfalls.

Grüsse,

Peter

--
Reality is _not_ an elephant.
For a start, it's a rainbow.

 

[Joachim Riehn]

Matthias Baur schrieb:

mich beschäftigt schon seit längerem die Frage, warum ein Elektromotor
bei steigender Belastung mehr Strom zieht

Allgemein gesprochen:
Jeder Motor ist gleichzeitig ein Generator. Der angelegten
Spanung U stehen dann zwei Spannungen entgegen:
a) die Generatorspannung U'
b) der Spannungsabfall am ohmschen Widerstand R des Motors.

Bei Leerlaufstrom I:
U = U' + R*I
Durch eine aeussere Belastung wird (bei einem einfachen
Gleichstrommotor) der Motor gebremst und U' (Generator-
spannung) wird kleiner. Die obige Gleichung gilt aber
immer noch. Daher muss der Strom steigen.

Es heißt zwar immer, dass der Stromfluss dem
Drehmoment proportional ist

Das gilt nur bedingt in einem engeren Bereich. Mit steigendem
Strom steigen auch die Waermeverluste. Ausserdem darf das
Eisen des Motors nicht in die magnetischen Saettigung
gelangen.

Gibt es hierbei Unterschiede zwischen Gleichstrom-,
Synchron- und Asynchronmaschinen?

Allerdings gibt es Unterschiede. Schon bei den
Gleichstrom-Maschinen gibt es Hauptschluss- und
Nebenschluss-Maschinen.
Diese Leute beschaeftigen sich damit jeden Tag:
--> de.sci.ing.elektrotechnik

mit Gruss
Joachim Riehn

 

[Karl-Heinz Schulze]

Hallo Peter!

In (billigen) Plattenspielern usw. nutzt man das aus, man speisst den
Motor mit einer elektronischen Spannungsquelle mit negativem
Innenwiderstand, und kompensiert so den Innenwiderstand des Motors und
erhält lastunabhängige Drehzahl.

Ich habe sowas schon mal im Zusammenhang mit Lautsprechern gehört,
aber es für Humbug gehalten.
Wie funktioniert denn so eine elektronische Spannungsquelle mit
negativem Innenwiderstand ?


Vielen Dank für deine Erklärung und viele Grüsse
Karl

 

[Rolf Bombach]

Karl-Heinz Schulze wrote:

In (billigen) Plattenspielern usw. nutzt man das aus, man speisst den
Motor mit einer elektronischen Spannungsquelle mit negativem
Innenwiderstand, und kompensiert so den Innenwiderstand des Motors und
erhält lastunabhängige Drehzahl.

Ich habe sowas schon mal im Zusammenhang mit Lautsprechern gehört,
aber es für Humbug gehalten.
Wie funktioniert denn so eine elektronische Spannungsquelle mit
negativem Innenwiderstand ?

Vergleichsweise trivial ;-). (Prinzip Man schaltet dem
Motor ein Widerstand in Serie, der gleich gross ist wie
der Innenwiderstand des Motors. An diesem fällt dann die
gleiche Spannung ab wie am nicht zugänglichen Innenwider-
stand des Motors. Diese Spannung kann man dann zur Motor-
spannung dazuaddieren, womit der Abfall am Innenwiderstand
kompensiert wäre. Unter der Annahme, dass beim Gleichstrom-
motor die Spannung nur durch die Drehzahl gegeben ist
(Permanentmagnet-Stator), Motor also gleich Dynamo ist, ist
dann bei konstanter auf diese Weise frisierter Spannung die
Drehzahl konstant.
Funktioniert recht gut, auch für kleine Bohrmaschinen
interessant. Schaltung des öftern in irgendwelchen Hobbyheften.
Rumspielen lohnt, lassen sich lustige Effekte realisieren,
etwa eine Drehzahlsteigerung bei Belastung, oder ein
stillstehender Motor, den man nicht rückwärts drehen kann, usw.

--
mfg Rolf Bombach

 

[Peter Heckert]

Hallo Karl,

Karl-Heinz Schulze wrote:

Hallo Peter!

In (billigen) Plattenspielern usw. nutzt man das aus, man speisst den
Motor mit einer elektronischen Spannungsquelle mit negativem
Innenwiderstand, und kompensiert so den Innenwiderstand des Motors und
erhält lastunabhängige Drehzahl.

Ich habe sowas schon mal im Zusammenhang mit Lautsprechern gehört, aber
es für Humbug gehalten.
Wie funktioniert denn so eine elektronische Spannungsquelle mit negativem
Innenwiderstand ?

Eigentlich trivial.
Bei steigendem Strom steigt auch die Klemmenspannung.
Das erreicht man, indem man den Strom misst (per Shunt) und auf die
Spannung rückkoppelt.

Und hier sind wir auch schon beim Nichtrivialen:
Durch die Rückkopplung sinkt die Stabilität.
Der Innenwiderstand des Motors ist nicht konstant sondern vom Drehwinkel
abhängig. Der Anker bildet zusammen mit dem Magnetfeld ein schwingfähiges
System. Das Ganze kann schwingen, wenn der resultierende Gesamtwiderstand
< 0 wird. Deshalb muss es bedämpft werden.

Bei Lautsprechern nimmt man afaik Sensoren, welche die Auslenkung oder
Beschleunigung der Membran messen und koppelt das Signal gegen.
Aber es gibt ja alles Mögliche.

Grüsse,

Peter

--
Reality is _not_ an elephant.
For a start, it's a rainbow.