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5 May 2016, 12:20

Verschiedene Arten von Motoren und ihre Verwendung

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Verschiedene Arten von Motoren und ihre Verwendung

Beim Kauf von Motoren wird häufig die Frage gestellt, ob die Wechselstrom- oder die Gleichstromtechnik besser geeignet ist; die Antwort hängt von der vorgesehenen Anwendung und von den Kosten ab.

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Wechselstrommotoren

Wechselstrommotoren sind in vielen Funktionsbereichen hochgradig flexibel, u. a. bei der Drehzahlregelung (VSD –Variable Speed Drives, Antriebe mit regelbarer Drehzahl), und weisen eine weit größere Installationsbasis auf als Gleichstrommotoren. Wechselstrommotoren bieten u. a. folgende Vorteile:

  • Niedriger Strombedarf beim Start
  • Beschleunigungssteuerung
  • Einstellbare Betriebsgeschwindigkeit
  • Steuerung des Einschaltstroms
  • Einstellbare Drehmomentbegrenzung
  • Verminderte Netzleitungsstöranfälligkeit

Bei VSD-Systemen besteht der aktuelle Trend darin, weitere Funktionen und speicherprogrammierbare Steuerungen (Programmable Logic Control, PLC) bereitzustellen, die zwar für den versierten Anwender Vorteile bieten, jedoch umfangreichere technische Kenntnisse in Bezug auf die Wartung erfordern.

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Klicken Sie hier, um ein Beispiel für einen Wechselstrommotor von RS anzuzeigen.

Wechselstrommotoren sind u. a. in folgenden Typen verfügbar

Synchroner Wechselstrommotor

Bei diesem Motortyp ist die Drehung des Rotors mit der Frequenz des Betriebsstroms synchronisiert und die Drehzahl bleibt unter variablen Lasten konstant. Die Motoren eignen sich somit hervorragend dazu, Geräte bei einer konstanten Drehzahl zu betreiben. Sie werden für Geräte zur hochgradig präzisen Positionierung eingesetzt, etwa bei Robotern, in der Messtechnik sowie bei der Maschinen- und Prozesssteuerung.

Klicken Sie hier, um ein Beispiel für einen synchronen Motor von RS anzuzeigen.

Induktionsmotor (asynchron)

Bei diesem Motortyp wird durch elektromagnetische Induktion vom Magnetfeld der Statorwicklungen elektrischer Strom im Rotor und damit ein Drehmoment erzeugt. Induktionsmotoren sind die gängigsten Wechselstrommotoren. Sie sind wegen ihrer hohen Belastbarkeit wichtig für die Industrie. Einphasen-Induktionsmotoren werden hauptsächlich für kleinere Lasten eingesetzt, etwa in Haushaltsgeräten, während Dreiphasen-Induktionsmotoren stärker in der Industrie vertreten sind, z. B. in Kompressoren, Pumpen, Fördersystemen und Hebegeräten.

Klicken Sie hier, um ein Beispiel für einen Induktionsmotor von RS anzuzeigen.

Gleichstrommotoren

Der Gleichstrommotor war der erste weithin eingesetzte Motortyp und die anfänglichen Kosten der entsprechenden Systeme (Motor und Antrieb) sind bei Motoren mit geringerer Leistung in der Regel niedriger als bei den Wechselstrommotoren. Bei Motoren mit höherer Leistung steigen jedoch die Gesamtwartungskosten, was ggf. zu berücksichtigen wäre. Die Drehzahl der Gleichstrommotoren lässt sich durch die Variation der Versorgungsspannung steuern. Die Motoren werden mit einem breiten Spektrum an Spannungen angeboten, die gängigsten Typen sind jedoch Motoren mit 12 und 24 V. Motoren dieses Typs bieten u. a. folgende Vorteile:

  • Einfache Installation
  • Drehzahlsteuerung in einem breiten Bereich
  • Starten, Anhalten, Rücklauf und Beschleunigung mit hoher Geschwindigkeit
  • Hohes Anlaufmoment
  • Lineare Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie

Gleichstrommotoren haben einen breiten Anwendungsbereich, von kleinen Werkzeugen und Geräten bis hin zu elektrischen Fahrzeugen, Aufzügen und Hebezeugen.

Klicken Sie hier, um ein Beispiel für einen Gleichstrommotor von RS anzuzeigen.

Die zwei gängigsten Typen sind die folgenden:

Bürstenmotoren

Dies ist der konventionellere Motortyp; er wird in der Regel in Bereichen eingesetzt, in denen es sehr auf die Kosten ankommt und das Steuerungssystem relativ einfach ausgelegt ist, etwa im Consumer-Bereich und in einfachen Industrieanwendungen. Motoren dieses Typs lassen sich wie folgt unterteilen:

  • Reihenschlussmotor: Bei diesem Typ sind Erreger- und Rotorwicklung in Reihe geschaltet. Die Drehzahl wird durch das Variieren der Versorgungsspannung gesteuert, allerdings lässt sich die Drehzahl bei diesem Motortyp nicht gut steuern und wenn das Drehmoment des Motors steigt, fällt die Drehzahl. Dieser Motortyp wird im Automobilbereich, bei Hebezeugen, Aufzügen und Kränen eingesetzt, da er ein hohes Anlaufmoment bietet.
  • Nebenschlussmotor: Dieser Motortyp wird mit nur einer Versorgungsspannung betrieben; Erreger- und Rotorwicklung sind parallel zueinander geschaltet. Das Drehmoment kann durch Erhöhung des Motorstroms gesteigert werden, ohne dass die Drehzahl fällt. Der Motor weist ein mittleres Anlaufmoment und eine konstante Drehzahl auf. Die geeigneten Anwendungsbereiche sind Drehmaschinen, Staubsauger, Förderanlagen und Schleifmaschinen.
  • Doppelschlussmotor: Der Doppelschlussmotor kombiniert die Reihen- und die Nebenschlusswicklung, wobei die Polarität der Nebenschlusswicklung so angelegt ist, dass sie zum Feld der Reihenschlusswicklung beiträgt. Dieser Motortyp weist ein hohes Anlaufmoment auf, wenn die Last leicht variiert. Er wird für den Antrieb von Kompressoren, Zentrifugalpumpen mit variablem Kopf, Rotationsmaschinen, Kreissägen, Schermaschinen, Aufzügen und Stetigfördersystemen eingesetzt.
  • Permanentmagnet-Motor: Wie der Name schon sagt, wird bei diesem Motortyp statt eines Elektromagnets ein Permanentmagnet eingesetzt. Motoren dieses Typs werden in Bereichen verwendet, in denen es auf eine präzise Steuerung und ein geringes Drehmoment ankommt, etwa bei Robotern und Servosystemen.


 Bürstenlose Motoren

Bei bürstenlosen Motoren werden einige der bei den gängigeren Bürstenmotoren auftretenden Probleme (kürzere Lebensdauer bei Nutzung unter hoher Last) abgemildert. Außerdem ist die mechanische Konstruktion weit einfacher (da die Motoren keine Bürsten aufweisen). Die Motorsteuerung ermittelt mithilfe von Hall-Effekt-Sensoren die Position des Rotors. Damit lässt sich der Motor über den Strom in den Rotorwicklungen präzise steuern und die Drehzahl kann geregelt werden. Diese Technologie bietet die Vorteile einer langen Lebensdauer, eines geringen Wartungsbedarfs und eines hohen Wirkungsgrads (85–90 %). Zu den Nachteilen zählen die höheren anfänglichen Kosten und die komplizierteren Steuerungen. Diese Motortypen werden in der Regel zur Steuerung von Drehzahl und Position eingesetzt, etwa in Lüftern, Pumpen und Kompressoren, also in Anwendungsbereichen, in denen es auf Zuverlässigkeit und Robustheit ankommt.

Schrittmotoren sind ein Beispiel für die bürstenlose Ausführung; sie werden hauptsächlich für offene Regelkreise zur Positionssteuerung eingesetzt, z. B. bei Druckern oder auch in Industrieumgebungen, etwa in Maschinen für Pick-and-Place-Prozesse mit hoher Geschwindigkeit.

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Beispiele für Gleichstrommotoren mitBürsten und in bürstenloser Ausführung 

 

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With a background in electronics and electrical engineering, with a keen eye on innovation and how things work.

5 May 2016, 12:20

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