Der Universalmotor

Kurzfassung der

Projektarbeit im SS 2007von

S. HolzingerStudiengang Allgemeine Elektrotechnik

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. E. Nolle

Grundlagen

Elektromagnetismus

Elektrische Maschinen beruhen auf dem Grundprinzip des Elektromagnetismus.

Hierbei gilt:

Ein Strom I, der durch einen elektrischen Leiter fließt,

erzeugt ein Magnetfeld B:

B = µ ∙ ( N ∙ I ) / l

Weiter werden zwei wichtige Grundeigenschaften elektromagnetischer Felder

angewendet:

Das Induktionsgesetz sowie die Lorenzkraft.

Gleichstrommaschine Stefan Holzinger 2

Quelle: de.wikipedia.org

Grundlagen

Induktionsgesetz

Wird ein Leiter der Länge l im Magnetfeld der Flussdichte B

mit der Geschwindigkeit v bewegt, so wird

in ihm die Spannung Ui induziert:

Ui = l ∙ v ∙ B

Gleichstrommaschine Stefan Holzinger 3

Ui

B

Quelle: de.wikipedia.org

Grundlagen

Lorenzkraft

Wird ein Leiter der Länge l im Magnetfeld der Flussdichte B,

vom Strom I durchflossen, so wirkt auf ihn die Kraft F:

F = l ∙ I ∙ B

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Quelle: de.wikipedia.org Quelle: www.schulmodell.de

Grundlagen

Wirkungsweise

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Quelle: www.uni-muenster.de

Grundlagen

Wirkungsweise

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Quelle: www.uni-muenster.de Quelle: www.8ung.at/elektrotechnik

Universalmotor

Ein Universalmotor ist ein an Wechselstrom betriebener Gleichstrommotor.

Einsatzgebiete

Die Einsatzgebiete der Universalmotoren sind unter anderem:

- Haushalt

- Heimwerkerbereich

Gleichstrommaschine Stefan Holzinger 7

Aufbau

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Quelle: www.uni-muenster.de

Aufbau

Stator

Im Stator wird ein Magnetfeld mit ausgeprägten Polpaaren erzeugt.

Das wechselnde Statorfeld lässt jedoch keine massive Bauweise zu.

Um Wirbelströme zu vermeiden, muss der Stator aus Elektroblechen geschichtet werden.

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Aufbau

Rotor (Anker)

Wegen der zusätzlichen Ummagnetisierung bei der Drehung muss auch der Rotor aus Elektroblechen hergestellt werden

(Diese werden i. d. R. gemeinsam aus einem Blechstreifen gestanzt.)

Die Wicklungen des Rotors verlaufen in den Ankernuten.

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Aufbau

Stromwender (Kollektor)

Der Stromwender besteht aus gegeneinander

isolierten Hartkupferlamellen.

Durch feststehende Kohlebürsten werden bei der Rotordrehung immer

andere Ankerspulen vom Strom durchflossen.

Gleichstrommaschine Stefan Holzinger 11

AufbauKonstruktionsteile

- meist direkt mit an die Maschine bzw. das Getriebe angekuppelt

Ausführung als sog. Teilemotor.

- Lagerung oft durch das angetriebene Gerät

sie zentriert den Rotor drehbar im Stator.

- meist offene Bauweise mit direkt angetriebenem Lüfter

zur Motorkühlung und Drehzahlbegrenzung.

- Stromwender:

dadurch zusätzliche Baulänge des Motors.

- Kohlebürsten

erfordern Maßnahmen gegen innere Verschmutzung.

- bevorzugt hohe Drehzahl

für hohe Leistung bei kleinen Abmessungen und niedrigem Gewicht.

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Erregungsart Reihenschlusserregung

- Bei Universalmotoren kommt die Reihenschlusserregung zum Einsatz.

- Größtes Anzugsmoment, da der Laststrom das Erregerfeld verstärkt.

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Quelle: www.wikipedia.orgQuelle: de.wikipedia.org

Polpaarzahl

Die Polpaarzahl gibt die Anzahl

der Hauptpolpaare des Stators an.

Universalmotoren sind

bevorzugt 2polig.

Die Drehzahl des Motors

lässt sich über die

Wicklungen beliebig

vorgeben.

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BürstenverstellungBei Universalmotoren mit fester Drehrichtung lässt sich die Kommutierung

durch Bürstenverstellung verbessern.

Hauptpol

Quelle: www.uni-muenster.de

Funktionsweise

- Wird bei einem Gleichstrommotor das Ständer- und Läuferfeld gleichzeitig

umgepolt, so ändert sich die Drehrichtung des Motors nicht.

- Da bei Reihenschlusserregung somit die Stromrichtung keinen Einfluss auf die Drehrichtung des Motors hat, kann man diese als Universalmotoren auch mit Wechselstrom betreiben.

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Quelle: HS Esslingen

Ersatzschaltung

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Quelle: HS Esslingen

Betriebskennlinien

Leerlauf:

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Belastung:

Quelle: HS Esslingen

Drehzahlsteuerung

- Die Drehzahl kann besonders einfach und preisgünstig über eine Phasenanschnittsteuerung verändert werden.

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M

Quelle: www.wikiweise.de Quelle: www.wikiweise.de

Besonderheiten

- Universalmotoren neigen als Reihenschlussmotoren im Leerlauf zum Durchgehen. Daher wird die Leerlaufdrehzahl oft durch geeignet dimensionierte Lüfterflügel auf zulässige Werte begrenzt.

- Funkenstörungen am Kollektor werden durch Entstörglieder unterdrückt. Dazu wird der Anker zusätzlich meist zwischen die beiden Erregerspulen geschaltet.

- Durch die hohe Betriebsdrehzahl sind Universalmotoren relativ laut und die Kohlen verschleißen schnell. Sie werden daher nur bei begrenzter Nutzungsdauer (z. B. einige 100 Betriebsstunden) eingesetzt.

- Andererseits sind sie bei vorgegebener Leistung klein, leicht, billig und lassen sich auch einfach und preisgünstig drehzahlvariabel einsetzen.

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