Funktionsweisen von Elektromotoren
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Ein Elektromotor wandelt elektrische in mechanische Energie um und ist somit das Gegenstück zum Generator, der mechanische in elektrische Energie umwandelt. Physikalische Grundlage für beide ist die elektromagnetische Induktion. Es gibt viele verschiedene Bauformen und Arten von Elektromotoren, allerdings basieren alle auf einem ähnlichen Prinzip.
Bestandteile eines Elektromotors
Ein Elektromotor besteht aus einem drehbaren Elektromagneten, der als Rotor oder auch Anker bezeichnet wird. Dieser besteht aus einer drehbar gelagerten Spule mit Eisenkern. Der Rotor ist über Schleifkontakte mit einer elektrischen Quelle verbunden, die für Stromfluss durch den Rotor sorgt. Dieser bildet den Kern eines Elektromotors und ist von einem äußeren Magnetfeld umgeben. Dieses Magnetfeld wird meist von zwei Statoren verursacht. Fließt nun Strom durch den Rotor, so wird dieser zum Elektromotor mit Nord- und Südpol. Die auftretenden magnetischen Kräfte können für eine Drehung des Rotors sorgen.
Funktionsweise des Elektromotors
Zu Beginn steht der Rotor senkrecht im Magnetfeld des Stator-Magneten. Dann wird der Rotor an die Stromquelle angeschlossen und wird somit zum Elektromotor mit Nord- und Südpol. Der Rotor bewegt sich nun aufgrund der Anziehung der verschiedenen Pole um eine Vierteldrehung bis die Pole von Stator und Rotor so nah beieinander liegen, dass sie sich anziehen. Dadurch dreht sich der Rotor nicht mehr weiter. Dieser Punkt wird auch als Totpunkt bezeichnet. Um den Rotor wieder in Bewegung zu bringen werden nun, mithilfe eines Kommutators (Polwender), die Pole des Rotors getauscht. Durch das Umpolen sind jetzt jeweils gleichnamige Pole von Rotor und Stator nahe beieinander, wodurch sich die gleichnamigen Pole nun abstoßen und damit dafür sorgen, dass sich der Rotor weiterdreht. Nach der 180° Drehung sorgt der Kommutator erneut für die Umpolung und erreicht dadurch dass sich der Rotor kontinuierlich weiterdreht.
Unterschiedliche Elektromotoren
Je nach Art der Stromversorgung unterscheidet man zwischen Gleichstrommotoren und Wechselstrommotoren.
Gleichstrommotor: Diese Motoren werden mit Gleichstrom (DC) betrieben, das heißt der Spannungswert wird konstant gehalten, ohne die Polarität zu ändern. Für die Mobilität sind diese Motoren kaum relevant, weil sie mit 40 % einen eher kleinen Wirkungsgrad haben. Dadurch ist ein Gleichstrommotor, der die gleiche Leistung wie ein Wechselstrommotor hat, etwa doppelt so groß und schwer. Das höhere Gewicht ist gerade bei großen Leistungen ein großer Nachteil, denn dadurch würde der Stromverbrauch steigen.
Wechselstrommotor: Diese Art von Motoren wird mit Wechselstrom (AC) betrieben, der elektrische Strom verändert sich mit der Zeit. Die Variation kann in der Stromstärke oder in der Richtung in regelmäßigen Abständen erfolgen. Diese Motoren haben einen Wirkungsgrad von 80 – 90 % und werden in Autos regelmäßig verwendet. Zu den Eigenheiten des Wechselstroms gehört es, dass die Stromrichtung sich periodisch ändert. Aber selbst der Begriff Wechselstrommotor ist nicht eindeutig, denn es wird unterschieden zwischen Synchronmotor und Asynchronmotor.
Vorteile und Nachteile elektrischer Antriebe
Vorteile: Es sind sehr hohe Wirkungsgrade möglich, vor allem bei größeren Motoren. Außerdem entstehen im Betrieb keine Abgase und meist auch wenig Lärm.
Nachteil: Der wohl einzige Nachteil ist, dass sie hochwertige elektrische Energie benötigen. Dies ist z.B. bei Elektroautos der große Nachteil, da das Speichern von elektrischer Energie erhebliche Nachteile aufweist im Vergleich zu Kraftstoffen.