ENZwei Stromquellen, ein Antrieb: Ein fremderregter Gleichstrommotor
Fremderregte Gleichstrommotoren spielten früher insbesondere bei hochdynamischen Antriebssystemen wie etwa Zügen der Deutschen Bahn bis in die 1980er Jahre eine wichtige Rolle. Dort wurde aber so etwas wie ein fremderregter Gleichstrommotor mittlerweile zunehmend durch moderne Drehstrommaschinen ersetzt. Darüber hinaus wurden fremderregte Gleichstrommotoren vor allem in Werkzeugmaschinen eingesetzt, wo heute überwiegend AC-Servomotoren eingesetzt werden. Heute ist diese Art von Motor kein Massenartikel mehr und wird häufig nur noch bedarfsbezogen individuell hergestellt.
Ein fremderregter Gleichstrommotor hat die Vorteile, dass sich aufgrund seiner Konstruktionsweise viele Möglichkeiten eröffnen, die Drehzahl und das Drehmoment variabel aufeinander einzustellen. Welche Möglichkeiten das sind und was der Elektromotor für Eigenschaften mit sich bringt, möchten wir Ihnen anhand seines Aufbaus erklären.
- Die Eigenschaften sind dem Nebenschlussmotor sehr ähnlich
- Erreger- und Ankerfeld sind einzeln steuerbar
- Das Erregerfeld darf nicht während des laufenden Betriebs abgestellt werden
- Kein Betrieb mit Wechselstrom möglich
35 Jahre Erfahrung in Leistungs- und Antriebselektronik
Ein typischer Gleichstrommotor
Wie für einen Gleichstrommotor üblich, besteht auch ein fremderregter Gleichstrommotor aus Stator, Anker, Kommutator inklusive Bürsten und einer Stromquelle. Da es sich hier auch um eine elektrisch erregte Gleichstrommaschine handelt, muss der Stator aus einem leitfähigen Material wie etwa Eisen gefertigt sein.
Wie auch bei einem Reihenschlussmotor oder einem Nebenschlussmotor wird auch beim fremderregten Gleichstrommotor an eine Seite des Stators eine Spule gewickelt.
Nächster Verwandter: Nebenschlussmotor
In seinem Aufbau ähnelt ein fremderregter Gleichstrommotor stark einem Nebenschlussmotor. Doch im Gegensatz zu ihm sind Anker- und Erregerspannung nicht parallelgeschaltet, sondern bei einem fremderregten Gleichstrommotor an zwei separate und voneinander unabhängige Gleichstromquellen angeschlossen. Somit ergeben sich vielfältige Möglichkeiten, Drehzahl und Drehmoment zu regulieren.
Bei einem einfachen Nebenschlussmotor würde das Verstellen der Klemmenspannung der einzigen Stromquelle keinen Sinn machen, da man das Anker- und Erregerfeld zugleich schwächt. Der Nebenschlussmotor verliert dann also an Leistung, aber die Drehzahl bleibt die gleiche.
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Termin vereinbarenFremderregter Gleichstrommotor ohne Energieverlust steuern
Bei einem fremderregten Gleichstrommotor lassen sich nun zwei voneinander unabhängige Klemmspannungen verstellen und damit den Motor steuern. Dies wird üblicherweise mit einer transistorbasierten Regelelektronik realisiert und erreicht dadurch einen hohen Wirkungsgrad. Einer der zwei Gleichstromkreise beeinflusst das Ankerfeld, der andere die Stärke des Erregerfeldes. Verringert man etwa die Stromstärke des Erregerfeldes, so wird dieses folglich schwächer und der Anker erhöht seine Drehzahl. Allerdings wird mit einem herabgesetzten Erregerfeld auch die Leistung des fremderregten Gleichstrommotors geringer.
Was die Einstellungsmöglichkeiten angeht, ist ein fremderregter Gleichstrommotor durch seine beiden voneinander unabhängigen Klemmspannungen sehr flexibel. Mit der Steuerung über die Klemmspannungen lassen sich etwa ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl oder gar Stillstand des Motors erzeugen.
Arbeit mit Widerständen
Ein fremderregter Gleichstrommotor muss sich nicht nur über die Spannung der separaten Gleichstromquellen steuern lassen, sondern kann wie ein Nebenschlussmotor auch mit Widerständen arbeiten. Hier macht es jedoch nur Sinn einen verstellbaren Widerstand in dem Ankerstromkreis einzubauen.
Ein Widerstand an dieser Stelle kann sich beim Anlassen des Motors als sehr hilfreich herausstellen. Der Nachteil am Widerstand ist jedoch der hohe Energieverlust, der bei der Modifikation beider Klemmspannungen nicht anfällt.
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Termin vereinbarenEigenschaften ähnlich dem Nebenschlussmotor
Von seinen Eigenschaften ähnelt ein fremderregter Gleichstrommotor seinem nächsten Verwandten, dem Nebenschlussmotor. So weist er eine etwa gleichbleibende Drehzahl bei steigendem Drehmoment auf.
Doch die verschiedenen Stromkreisläufe ermöglichen es dem fremderregten Gleichstrommotor, dass nun wieder eine Ankerrückwirkung auf das Erregerfeld möglich ist. Diese wurde beim Nebenschlussmotor noch aufgrund des gleichbleibenden Erregerfeldes ausgeschlossen.
Erregerfeld nicht im Betrieb abstellen!
Eine weitere Gemeinsamkeit haben ein fremderregter Gleichstrommotor und ein Nebenschlussmotor ebenfalls. Sie gehen beide auf dieselbe Weise durch, wenn das Erregerfeld nicht mehr mit Strom versorgt wird. Aufgrund der vielen Wicklungen der Ankerspule und ihres ohmschen Widerstands, gibt es noch immer eine Restwirkung des Magnetfeldes, sollte der Erreger-Stromkreislauf ausfallen. Das abschwächende Erregerfeld wirkt auf den Anker ein, beschleunigt diesen zunehmend, sodass es den fremderregten Gleichstrommotor zerstört.
Fremderregter Gleichstrommotor kann Wechselstrom
Ebenfalls eine Gemeinsamkeit aus beiden Bauarten ist, dass ein fremderregter Gleichstrommotor nicht mit Wechselstrom betrieben werden kann. Da das Anker- und das Erregerfeld nicht aus der gleichen Stromquelle gespeist werden, würden beide Magnetfelder nicht kongruent verlaufen. Erst recht nicht, wenn Anker und Stator zugleich mit Gleich- und Wechselstrom betrieben werden würden.
Nebenschlussmotor liegt mehr im Trend
Früher insbesondere in großen Maschinen verbaut, ist ein fremderregter Gleichstrommotor heute selten geworden und vor allem in Nischenanwendungen zu finden.
FAQ
Was ist ein fremderregter Gleichstrommotor?
Ein fremderregter Gleichstrommotor ist ein Elektromotor, der nahezu baugleich mit dem Nebenschlussmotor ist. Allerdings werden die Stromkreise von Anker und Spule von zwei separaten Stromquellen gespeist.