Gleichstrommotor - Schülerversion 13

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Vorbetrachtungen

Theoretische Grundlagen

Elektromotoren sind Maschinen, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln. Im Fall von Permanentmagnet-Elektromotoren besteht der Rotor, der sich dreht, aus einem Elektromagneten, der sich im Magnetfeld eines Permanentmagneten befindet. Ein Kollektor sorgt dafür, dass der Elektromagnet nach jeder Drehung um 180° seine Polung wechselt, sodass sich die ungleichnamigen Pole vom Elektromagneten und vom Permanentmagneten immer wieder gegenseitig anziehen (bzw. die gleichnamigen Pole sich gegenseitig abstoßen). Dies bewirkt, dass sich die Drehrichtung des Rotors erhält. Da sich die Drehrichtung des Rotors bei umgekehrter Betriebsspannung umkehrt, kann dieser Motortyp nicht mit Wechselspannung betrieben werden. Der Motor dreht sich schneller, wenn die Betriebsspannung erhöht wird. Wenn er belastet wird, steigt die Betriebsstromstärke, was das Drehmoment (Anzugsmoment) des Rotors erhöht und somit die Leistung des Motors der Belastung anpasst.

Aufbau

Ein Homopolarmotor, auch als Gleichstrommotor bekannt, ist eine Art von Elektromotor, der Gleichstrom (DC) als Betriebsspannung verwendet. Der Aufbau eines Homopolarmotors besteht im Allgemeinen aus den folgenden Teilen:

• Rotor: Der Rotor ist der drehbare Teil des Motors und besteht aus einem Elektromagneten, der sich im Magnetfeld des Stators befindet.
• Stator: Der Stator ist der feststehende Teil des Motors und besteht aus einem oder mehreren Permanentmagneten.
• Kommutator: Der Kommutator ist ein elektrisches Bauteil, das dafür sorgt, dass der Elektromagnet im Rotor nach jeder halben Umdrehung seine Polung wechselt, sodass sich die ungleichnamigen Pole vom Elektromagneten und vom Permanentmagneten immer wieder gegenseitig anziehen (bzw. die gleichnamigen Pole sich gegenseitig abstoßen). Dadurch bleibt die Drehrichtung des Rotors erhalten.
• Läufer: Der Läufer ist ein elektrisches Bauteil, das an den Enden des Rotors befestigt ist und die Stromleitung von den Kontaktstiften des Kommutators zu den Wicklungen des Rotors herstellt.
• Wicklungen: Die Wicklungen sind elektrische Leiter, die um den Rotor gewickelt sind und von den Kontaktstiften des Kommutators mit Strom versorgt werden.
• Bürsten: Die Bürsten sind elektrische Leiter, die in Kontakt mit den Kontaktstiften des Kommutators stehen und die Stromversorgung des Motors sicherstellen.
• Gehäuse: Das Gehäuse ist ein metallisches Gehäuse, das den Motor vor Schmutz und Beschädigungen schützt und ihm eine feste Montagebasis bietet.

Insgesamt wandelt der Homopolarmotor elektrische Energie in mechanische Energie um, indem er den Rotor dreht, der von der magnetischen Kraft zwischen dem Elektromagneten im Rotor und dem Permanentmagneten im Stator angetrieben wird. Durch die Kombination von Stator und Rotor wird die Drehrichtung des Rotors gesteuert, wodurch die Leistung des Motors an die Belastung angepasst werden kann.

Funktionsweise

Ein Homopolarmotor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um, indem er den Rotor dreht, der von der magnetischen Kraft zwischen dem Elektromagneten im Rotor und dem Permanentmagneten im Stator angetrieben wird. Der Rotor des Homopolarmotors ist ein Elektromagnet, der sich im Magnetfeld des Stators befindet, der aus einem oder mehreren Permanentmagneten besteht.

Wenn Gleichstrom (DC) an die Wicklungen des Rotors gegeben wird, werden die Elektronen in den Leitern in Bewegung gesetzt und erzeugen ein magnetisches Feld. Dieses magnetische Feld wechselt seine Polung nach jeder halben Umdrehung des Rotors, wodurch sich die ungleichnamigen Pole vom Elektromagneten und vom Permanentmagneten immer wieder gegenseitig anziehen (bzw. die gleichnamigen Pole sich gegenseitig abstoßen). Dadurch bleibt die Drehrichtung des Rotors erhalten und der Motor dreht sich.

Der Homopolarmotor läuft schneller, wenn die Betriebsspannung erhöht wird. Wenn er belastet wird, erhöht sich seine Betriebsstromstärke; dadurch erhöht sich das Drehmoment (Anzugsmoment) des Rotors, und somit passt sich die Leistung des Motors der Belastung an.

Die Funktionsweise eines Homopolarmotors hängt also von der magnetischen Kraft zwischen dem Elektromagneten im Rotor und dem Permanentmagneten im Stator ab und von der Kombination von Stator und Rotor, die die Drehrichtung des Rotors steuert und somit die Leistung des Motors an die Belastung anpasst.

Versuchsaufbau/Schaltplan

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  Aufbau

Durchführung

Video

Informationen zum Video

Experiment Nr.:	519
Veröffentlicht am:	07.01.2023
Dateiname:	519.mp4
Länge:	0:00:20
Maximale Dateigröße:	118 MB
Videoqualität:	SD, HD, 2k
You-Tube Link:	https://youtu.be/dbQ8IRNBCv0
Vimeo Link (ohne Werbung):	https://vimeo.com/784542256
Lizenz:	CC0 1.0 Universell (CC0 1.0) Public Domain Dedication