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Wechselstrommotor

Spannungsverlauf Schrittmotor

Im vorherigen Kapitel haben wir den Schrittmotor kennen gelernt. Die Spulen des Stators werden bei diesem Motor mit wechselnder Polarität angesteuert. Betrachten wir den Spannungsverlauf an den beiden Spulenpaaren:

Schrittmotor an Rechteckspannung
Abbildung 1: (Animation starten.)


Der Spannungsverlauf an Spulenpaar 1 im Detail:

Spannung an einer Schrittmotor-Spule
Abbildung 2:


Bei dem Kurvenverlauf handelt es sich um eine Rechteckspannung, die zwischen den Werten +U1 und -U1 springt. Ferner ist die Dauer der Spannungsimpulse konstant, da der Rotor für eine Drehung um jeweils 30 Grad immer die gleiche Zeitspanne benötigt (wir gehen von einer konstanten Motordrehzahl aus). Damit addiert sich die Fläche zwischen x-Achse und der Kurve zu Null. Laut Definition handelt es sich also um eine lupenreine Wechselspannung.
Der Rotor des Schrittmotors dreht sich synchron zur anliegenden Rechteck-Wechselspannung. In dem obigen Beispiel ist die Periodendauer T exakt gleich der Rotationsdauer des Motors. Die Umschaltung erfolgt, sobald der Rotor sich so weit gedreht hat, dass zwei Magnete mit ihrem Nord- bzw. Südpol dem Süd- bzw. Nordpol der spannungsführenden Spulen gegenüberstehen. Erhöhen wir die Periodendauer der anliegenden Wechselspannung, was einer Erniedrigung der Frequenz gleichkommt, so entstehen Pausen in der Rotorbewegung. Der Rotor bleibt stehen, sobald zwei Magnete an den spannungsführenden Spulen angelangt sind. Die Rotation beginnt erst wieder, wenn das zweite Spulenpaar unter Spannung gesetzt wird. Die Animationen im vorherigen Kapitel zeigen eine derartig "abgehackte" Drehung.
Erhöhen wir die Frequenz (=Verringerung der Periodendauer), bleibt dem Rotor nicht genug Zeit, sich entsprechend dem Magnetfeld der jeweils spannungsführenden Spulen auszurichten. Der Rotor dreht sich daher nicht mehr, sondern zittert nur noch hin und her. Die Frequenz der Steuerspannung muss also an die Drehzahl des Schrittmotors angepasst werden!

Reihenschlussmotor an Wechselspannung

Den Reihenschlussmotor kennen wir bereits ebenfalls. Im Kapitel zu den Gleichstrommotoren wurde erwähnt, dass die Drehrichtung dieser Maschine von der Polarität der anliegenden Spannung unabhängig ist. Betrachten wir die Motordrehung beim Anliegen einer rechteckigen Wechselspannung:

Wechselspannungsmotor
Abbildung 3: (Animation starten.)
Reihenschlussmotor an einer rechteckigen Wechselspannung

Wechselt beim Reihenschlussmotor die Spannung an den Anschlussklemmen des Motors, so werden bei diesem sowohl der Stator als auch die spannungsführende Rotorwicklung umgepolt. Beide Spulen sind hier ja in Reihe geschaltet. Somit bleibt die anziehende bzw. abstoßende Kraftwirkung zwischen Stator und Rotor erhalten und die Drehrichtung ändert sich nicht. Mit welcher Frequenz die Polarität wechselt und die Form der Wechselspannung (Rechteckspannung, Sinusspannung usw.) ist dabei prinzipiell nicht von Bedeutung. Welche Faktoren bei allzu hoher Frequenz dennoch die Rotation des Motors beeinflussen, werden wir in späteren Kapiteln erkunden.
Um die Drehrichtung des Reihenschlussmotors zu ändern, müssen die Anschlussklemmen der Statorwicklung (elektronisch oder mechanisch) vertauscht werden.

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