Guten Abend allerseits. Ich hoffe ich belästige mit meiner Frage nicht
jetzt das falsche Forum, ansonsten tut es mir leid.
Ich lerne zur Zeit für das Modul Elektrische Maschinen und verstehe da
einen (wichtigen) Zusammenhang nicht. Es dreht sich jetzt hier um
Gleichstrommaschinen (GSM). Ich beschäftige mich nun mit dem Verhalten
der GSM und habe gelesen, dass die Reihenschlussmaschine aber auch die
Nebenschlussmaschine sich "selber" zerstören kann, weil bei bestimmten
Bedingungen die Drehzahl des Ankers so sehr annimmt, dass der Anker
durch die Fliehkräfte zerissen wird und somit der Motor zerstört wird.
Wenn ich mir jetzt den Reihenschlussmotor anschaue steht geschrieben,
dass dieser Motor Lastabhängig d.h. dass bei gerringer Last eine enorm
hohe Drehzahl erreicht und somit der Motor zerstört wird. Das die Welle
sich nun ohne Last schneller dreht ist ja logisch. Der Motor muss eben
nur das Drehmoment erreichen wo das Massenträgheitsmoment der Welle mit
den Ankerwicklungen etc... aufgehoben wird. Ich würde jetzt sagen, dass
der Motor irgendwann die Leerlaufdrehzahl erreicht und sich mit dieser
dreht.
Auf Wikipedia steht nun, dass durch das wenig abgegebene Drehmoment und
so dem gerringen Strom die Feld geschwächt wird. Das dass Feld durch den
gerringen Strom geschwächt wird kann ich auch noch nachvollziehen.
Der Strom ist nur gerring, weil keine Last hängt ?! D.h. der Motor zieht
such aus dem "Netz" so viel Strom wie er benötigt oder wie darf ich das
verstehen.
Die Abhängigkeit des Reihenschlussmotores mit der Last beruht doch nur
darauf, da die Ankerwicklung mit der Erregerwicklung in Reihe geschaltet
ist oder ?!.
Warum dreht sich die Welle schneller, wenn das Feld geschwächt wird ?
Es ist ja bekannt, dass durch ein magnetisches Feld und darauf senkrecht
liegende Leiter die durch einen Strom I durchflossen werden eine Kraft
(die Lorenzkraft) hervorgerufen wird. Wir vereinfachen die Situation und
nehmen mal an es würde sich um eine 2-Pol GSM handeln die einen N und S
Pol hat, was durch die Erregerwicklung erzeugt wird. Die Spulen sind so
gewickelt, dass unter den Polen(Polschuhen) die Stromrichtung bei N und
S unterschiedlich im Leiter ist (Die Leiter sind ja hin und her
gewickelt).
Jetzt entstehen natürlich zwei Lorentzkräfte die aber wegen der
unterschiedlichen Stromrichtung entgegengesetzt sind. Diese zwei Kräfte
greifen am Ankerumfang jeweils unmittelbar in dem Bereich wo die
Polschuhen den Anker bedecken an.
Aus der Mechanik ist bekannt, dass dadurch nun ein Kräftepaar vorliegt
und somit ein Drehmoment erzeugt wird. Der Anker (die Welle) dreht sich.
Wie kann aber der Anker immer schneller drehen, wenn der Erregerstrom
verringert wird und somit das Magnetfeld geschwächt wird, was ja
benötigt wird um die Lorenztkraft bzw. das Drehmoment zu erzeugen.
Mit Kräften meine ich hier natürlich immer die Resultierende Kraft die
an den Ankerumfang entsteht.
Bitte habt Verstädnis, auch wenn es eine dumme Frage ist, aber ich kann
es mir nur durch die mathematischen Gleichungen/Zusammenhänge von
Drehzahl, Induzierter Spannung etc.. erklären.
Ich kann es mir leider nicht durch Überlegen erklären.
Bedanke mich im Voraus !
MfG,
Der Student.
Hi,
dass eine Reihenschlussmaschine "durchgehen" kann, ist ein
Systemproblem. Ein Systemproblem daher, weil es zu einer durchgehenden
Maschine noch einer Konstantspannungsquelle bedarf.
Fang mit dem Verständnis mal mit einer fremderregten Maschine an:
- das Feld wird über die Feldwicklung vorgegeben, die innere
Maschinenspannung(EMK)=Felddrehzahl, damit baut sich der angelegten
Klemmenspannung die EMK entgegen. bei geringer Drehzahl gibt es also
einen großen Strom, und da dass Feld konstant ist, ein großes Drehmoment
(Drehmoment=FeldxAnkerstrom). Mit dem großen Drehmoment gibt es auch
eine große Beschleunigung, also eine Drehzahländerung. Irgendwann ist
die Drehzahl so groß, dass die EMK den Wert der Klemmenspannung erreicht
hat, damit fließt kein Strom mehr, und das Drehmoment ist null ->
statischer Zustand.
Bei der Reihenschlussmaschine wird die Feldwicklung in Reihe zu der
Ankerwicklung geschaltet.
-> kleine Drehzahl, große Spannungsdifferenz, großer Ankerstrom,
Feldstrom gleich Ankerstrom -> großes Feld -> großes Drehmoment
Danach geht die Drehzahl hoch. Allerdings wird das Feld immer nur durch
den Ankerstrom bestimmt, d.h. wenig Ankerstrom bedeutet wenig Feld und
damit weinig EMK -> es gibt also keine konstante Gegenspannung, die
Maschine baut unabhängig von der Drehzahl immer eine Moment auf, solange
die Klemmenspannung größer null ist, da immer ein Strom fliesst. Die
Maschine erhöht also kontinuierlich die Drehzahl, bis es kracht.
Alternativ kann man natürlich auch ein passendes Gegenmoment
installieren, dann ergibt sich auch ein guter Arbeitspunkt.
Bis auf diese Kleinigkeit, dass man rechtzeitig die Ständerspannung
abschalten muss, ist die Maschine aber sehr gutmütig. Die Maschine wurde
früher gern als Arbeitsmaschine genommen.
OR
> Wie kann aber der Anker immer schneller drehen, wenn der Erregerstrom> verringert wird und somit das Magnetfeld geschwächt wird, was ja> benötigt wird um die Lorenztkraft bzw. das Drehmoment zu erzeugen.
Die kürzeste Erklärung die mir dazu einfällt: Der Strom wird immer
geringer, aber er wird nie null! Damit nimmt der Motor in jedem
Betriebszustand Leistung auf, die (zum Teil) den Rotor antreibt.
@ OR:
Vielen dank erstmal für die Erklärung.
Wenn du mir kurz gestattest, würde ich mal in einem kurzen Text
schreiben wie ich das bis jetzt verstanden, was du da geschrieben hast.
Bezüglich der fremderregten Maschine:
Je höher die Drehzahl des Ankers ist, desto größer ist die Induzierte
Gegenspannung (Gegen-EMK). Diese wirkt immer der Klemmspannung aus dem
Netz entgegen. Wenn ich mir das jetzt als ein "primitives"
Ersatzschaltbild vorstellen möchte, müsste ich jetzt zwei
Spannungsquellen einbauen. Die eine ist die Netzspannung und die andere
die Induzierte. Wenn man dann im Schaltbild ein Umlauf machen würde,
würden sich die Spannungen entgegenwirken.
Den großen Strom habe ich nur deswegen, weil bei gerringer Drehzahl die
Gegen-EMK und somit der Gegen-Strom(DARF ICH DAS SO SAGEN???) gerring
ist und dem Strom der aus dem Netz kommt nicht entgegen wirkt. Großer
Strom im Anker = hohes Drehmoment (logisch!) Durch das hohe Drehmoment
wird der Anker jetzt so schnell beschleunigt dass der Gegen-Strom den
gleichen Wert wie die Klemmspannung bzw. Strom erreicht und somit ein
Ausgleich stattfindet. Drehmoment wird 0, da sich der Strom aufhebt. Die
Maschine läuft jetzt im Leerlauf oder wie ? (=statischer Zustand)
Bezüglich Reihenschlussmotor:
Da die Wicklungen des Ankers und des Erregers in Reihe geschaltet sind
und somit der Ankerstrom gleichzeitig den Erregerstrom bzw. das Feld
beeinflusst. Wenn der Ankerstrom jetzt gerring ist, weil die Last
gerring ist wird auch somit der Erregerstrom=Ankerstrom gerring sein und
somit das Feld schwächen. Da das Feld geschwächt ist und somit auch die
Gegen-EMK geschwächt ist kann niemals der Ausgleich wie bei der
fremderregten Maschine stattfinden und den so genannten statischen
Zustand erreichen. Das heißt der der Anker dreht immer schneller weil
immer ein Drehmoment vorhanden ist (der Ankerstrom ist ja nicht 0
sondern eben gerring) ??
Wie kann dieses schwache Drehmoment denn so eine hohe Drehzahl
hervorrufen ?? Der Ankerstrom ist gerring und das Feld geschwächt also
somit auch das Kräfepaar an den Ankerumfang was das Drehmoment
erzeugt...
ich kann an dieser Stelle diesen Übergang mir noch immer nicht
vorstellen.
Nicht ganz. Betrachten wir die fremderregte DC Maschine. Lassen wir den
Erregerstrom konstant. Die induzierte Spannung ist proportional zur
Drehzahl. Doppelte Drehzahl doppelte Spannung. Lassen wir nun die
Drehzahl konstant. Die induzierte Spannung ist proportional zum
Erregerstrom. Doppeltes Feld, doppelte Spannung. Wenn wir nun die
Maschine an eine Spannung haengen, Netz ist da der ganz falsche
Ausdruck, so haben wir zwei Quellen, die Maschine mit ihrer EMK und die
externe Spannung. Der Strom ist durch die Differenzspannung und den
Innenwiderstand bestimmt.
Wenn man's genau nimmt, so kommt noch die Kollektorspannung hinzu.
Zitat:
Wie kann dieses schwache Drehmoment denn so eine hohe Drehzahl
hervorrufen ?? Der Ankerstrom ist gerring und das Feld geschwächt also
somit auch das Kräfepaar an den Ankerumfang was das Drehmoment
erzeugt...
Antwort:
Das Drehmoment ist mitnichten schwach, da Du fast keine Feld hast, hast
Du keine EMK, damit kommt da sofort wieder Strom rein.
Die Maschine bekommt bei Überdrehzahl zwei Probleme:
- der Kommutator bekommt starkes Bürstenfeuer, was zu einem Rundfeuer
führen kann -> Kommutator muss überdreht werden oder ist hin.
- aus dem Rotor kommen durch die Fliehkräfte die Ankerwicklungen raus
und verkeilen sich im Luftspalt -> dann gibts Bares beim Schrotthändler
Mal ein etwas theoretischer Ansatz:
Das Ersatzschaltbild einer DC-Masschine ist einfach die Klemmenspannung,
dazu dann die Ankerinduktivität (rel klein!) und die EMK. Du bekommst
also als Ständergleichung:
U1 = i*Ra + di/dt*La + emk
U1 ist hierbei die Klemmenspannung,
EMK die Läuferspannung,
i der Ankerstrom= Klemmenstrom.
Alle drei größen sind reine Gleichgrößen, da gibt es also keine
Wechselspannung oä.
Die emk selber ist:
emk = n*psi ; n=Drehzahl, psi=fluss
Hier wird es langsam interessant, da es prinziepiell drei Methoden gibt
den Fluss zu erzeugen:
- fremderregt: der Fluss wird durch eine eigene Stromquelle gespeisst,
das ist heutzutage die gebräuchlichste Methode bei größeren Antrieben
- Nebenschlussmaschine, die Feldwicklung wird parallel zum Anker
geschaltet, das ist mir noch nicht untergekommen
- Reihenschlussmaschine: die Feldwicklung liegt in Reihe zum Anker, das
hat man früher so gemacht, Beispiel: Bahntechnik
Also Reihenschlussmaschine:
emk = n*psi = n i k; k ist eine Maschinenkonstante, i ist der
Ankerstrom
Du kannst jetzt also die Ständergleichung mal erweitern:
U1 = Ra*i + La*di/dt + n*i*k ;
Jetzt musst Du anfangen die Gleichung nach n umzustellen un kommst dann
auf
n = (U1 - Ra*i - La*di/dt) / (i*k);
Wenn Du jetzt den Strom mit null ansetzt, gibts schon die erste
Polstelle.
Vieleicht ist das ganze so einfacher.
Deine Erklärungen mit dem Gegenstrom finde ich übrigens etwas unpassend,
und auch fachlich etwas befremdlich.
Normalerweise gibt es eine Klemmenspannung und eine EMK, die EMK kann
man auch als Gegenspannung bezeichnen. Wenn beide Spannungen gleich groß
sind, gibts keinen Strom und damit auch kein Drehmoment.
Ansonsten ist das "durchgehen" von Reihenschlussmaschinen auch nur ein
Problem von größeren DC-Maschinen mit entsprechen gutem Wirkungsgrad. In
der theoretischen Betrachtung fehlen nämlich noch die Einsenverluste im
Anker, Kommunierungsverluste durch den Kommutator und die Verluste
etwaiger Lüfter auf der welle. Wenn diese Verluste groß genug sind,
passiert auch nichts.
Ansonsten laufen Gleichstrommaschine heutzutage an einer gesteuerten
Gleichspannungsquelle, üblicherweise nimm man hierfür vollgesteuerte B6
Thyristorbrücken (B6C-Schaltung).
Mal aus Interesse: was studierst Du?
Mal aus Interesse: was studierst Du?
Ich studiere Energietechnik im 3. Semester. Das Problem bei uns ist die
Organisation bezüglich Elektrotechnik. Wir haben Elektrotechnik zwei mal
also ETI und ETII. In ETI sollte eigentlich Gleichstrom und Wechselstrom
behandelt werden, aber es wurde nur Gleichstrom behandelt und in ETII
habe wir erst mit Wechselstrom angefangen. Eigentlich sollte aber in
ETII Magnetische Felder etc.. behandelt werden. Da wir jetzt aber im
dritten Semester auch Elektrische Maschinen haben, fehlt uns bischen das
Verstädnis mit den Feldern etc.. Ich bringe mir das alles im
Selbststudium bei was mir auch natürlich Spass macht, aber manchmal
hänge ich an solchen Sachen.
Ich hoffe ich kann mir jetzt Kommentare wie: DU hast keine Ahnung, brich
dein Studium ab oder sowas wie: Du bist total ungeeignet sowas zu
studieren da du nichtmal das kapierst usw.. ersparen.
Man muss sich sowas leider in vielen Foren öfters reinziehen...
Vielen Dank für deine Erklärung und deine Mühe !
Wünsche dir ein schönes Wochenende.
Vielleicht hab ich es ja jetzt verstanden:
Das Feld ist zwar geschwächt, also das B wird kleiner aber da das Feld
geschwächt ist, wird die Gegen-EMK (Wird EMK überhaupt heute noch als
Begriff benutzt ? Es ist doch eigentlich die Schreibweise von früher
?!).
Wenn die Gegen-EMK Gerring ist, wird der Netzspannung ja wenig oder kaum
gegenwirkt und der Strom im Anker erhöht sich.
Nach der Formel: Fl=B*i*l wird dann F ja größer da i ansteigt, wobei
das B wegen der Feldschwächung gerring ist, aber das Drehmoment wegen
dem hohen Strom i dennoch groß ist. Das hohe Drehmoment sorgt für eine
hohe Drehzahl. Also ist ein "Durchgehen" der Maschine möglich.
Also ist es eine Sache der Gewichtung von B und i. D.h. B ist zwar durch
die Feldschwächung klein, aber das i ist groß, da durch die
Feldschwächung die erzeuge EMK GErring ist. Der Strom i ist aber so groß
genug, dass ein hohes Drehmoment erzeugt werden kann.
Stimmt es jetzt so ? :-).
Hallo,
naja, fast:)
Das Feld ist ja Stromproportional, Das Drehmoment ist Strom mal Feld,
also ist das Dremoment letztendlich quadratisch dem Strom proportional.
Du hast schon richtig erkannt, dass in der Maschine immer Strom ist,
solange eine Ständerspannung ansteht.
Zur Emk: der Begriff ist zumindest in der Praxis absolut gebräuchlich.
Man kann auch innere Maschinenspannung sagen, dass ist dann aber länger.
Für einen Energietechnikstudenten im 3tem Semester passt das schon. Bis
zum 6tem sollte es sitzen. Es gibt ja auch noch andere interessante
Maschinen.
Falls es noch speziellere Fragen zur Antriebstechnik gibt, kann Du mich
auch unter:
waschbaer42@gmx.de
kontaktieren.
Meine Spezialität sind Gleichstrommaschinen zwar nicht direkt, fürs
Studium sollte es aber reichen.
Grüße
Oliver
