Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

75 16.1 Generatoren und Motoren – Wechselstrom Dynamo-elektrisches Prinzip Ein Nachteil der bisher besprochenen Generatoren besteht darin, dass die in ihnen verwendeten Perma- nentmagnete einen relativ geringen magnetischen Fluss erzeugen, wodurch die Abgabe von elektrischer Energie ziemlich beschränkt ist. Wenn man den Per- manentmagnet durch einen Elektromagnet ersetzt, lässt sich der magnetische Fluss durch die Spule des Generators beträchtlich (über jenen in einem ver- gleichbar großen Generator mit Permanentmagnet) steigern. Bemerkenswert ist, dass die elektrische Energie zum Speisen des Elektromagneten vom Generator selbst geliefert werden kann. Dabei reicht beim Starten des Generators der Restmagnetismus im Eisenkern des Elektromagneten aus, um eine geringe Spannung in der Induktionsspule zu erzeugen. Mit dieser Span- nung wird der Elektromagnet des Generators ge­ speist, wodurch sich wiederum die Induktionsspan- nung erhöht. Generatoren, die nach diesem Prinzip (dynamo-elek- trisches Prinzip) gebaut sind, sind, gemessen an ih- rer Masse und an ihren Baukosten, sehr leistungsfähig. Das dynamo-elektrische Prinzip geht auf Werner von Siemens zurück. Erst mit dieser Erfindung wurde der Einsatz leistungsfähiger (und wirtschaftlicher) Groß- generatoren und damit die Verwendung von Elektrizi- tät in Haushalt, Gewerbe und Industrie möglich. A1 Verschaffe dir Informationen über Werner von Siemens! a) Hauptschlussmaschinen Beim Hauptschlussgenerator sind die Wicklungen der Feldmagnete und die Induktionsspule in Serie ge- schaltet (Hauptschluss, series-wound ). Ein Hauptschlussgenerator erregt sich also nur dann, wenn der Verbraucherstromkreis geschlossen ist. Der Wirkungsgrad des Hauptschlussgenerators ist dann hoch, wenn der Widerstand der Feldwicklungen klein im Vergleich zumWiderstand der Verbraucher ist. 16.1.3 Ein dem Prinzip nach ähnlich aufgebauter Motor ist der Hauptschlussmotor. Beim Hauptschlussmotor sind die Wicklungen des Elektromagneten (im star- ren Teil des Motors, Stator) und der drehbaren Spule (Rotor, Anker) in Serie geschaltet. Der Hauptschluss­ motor kann mit Gleich- und mit Wechselstrom betrie- ben werden, da sich durch das gleichzeitige Umpolen der Feldrichtung in Rotor und Stator die Drehrichtung nicht ändert. Daher nennt man den Hauptschlussmo- tor auch einen Universalmotor. Er findet in vielen Haushaltsgeräten eine Anwendung. Da beim Hauptschlussmotor der Strom durch Stator und Rotor gleich groß ist, steigt die Stromstärke bei zunehmender Belastung des Motors in beiden ge- meinsam an. Der Hauptschlussmotor eignet sich da- her auch zum Betrieb von Fahrzeugen, wo etwa beim Anfahren eine hohe Belastung auftritt. Ein Nachteil des Hauptschlussmotors ist, dass er in unbelastetem Zustand zum Durchdrehen neigt. A2 Begründe, warum der Hauptschlussmotor mit Gleichstrom und mit Wechselstrom betrieben werden kann! b) Nebenschlussmaschinen Motoren und Generatoren, bei denen die Wicklung der Feldspulen parallel zur Wicklung des Rotors ge- schaltet ist, heißen Nebenschlussgeräte (Neben- schluss, shunt-wound ). Der Nebenschlussgenerator erregt sich auch ohne angeschlossenen Verbraucher. Der Wirkungsgrad des Nebenschlussgenerators ist dann hoch, wenn der Wi- derstand der Feldwicklung hoch und der Widerstand im Anker niedrig imVergleich zumWiderstand imVer- braucher ist. Nebenschlussmaschinen haben den Vorteil, dass man durch Regulierung des Stroms durch die Feldwicklung das Drehmoment auf den Rotor verändern kann. Da- durch kann man die Drehzahl des Motors leicht ein- stellen. Ein weiterer Vorteil des Nebenschlussmotors besteht darin, dass die Drehzahl von der Belastung nahezu unabhängig ist. Abb. 75.1 Prinzipschaltung der Hauptschlussmaschine Abb. 75.2 Prinzipschaltung der Nebenschlussmaschine _ + S B N _ + S B N Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv