Elektromotoren

Reihenschlussmotor

Dieser Artikel gibt dir eine Einführung zum Thema Reihenschlussmotor.  Neben dem Aufbau gehen wir dabei auch auf das Ersatzschaltbild und seine Drehmomentkennlinie ein. Wenn du eine anschauliche Erklärung willst, schau doch direkt in unser Video dazu rein.

Inhaltsübersicht

Reihenschlussmotor einfach erklärt

Merke
Bei einem Reihenschlussmotor handelt es sich um einen Gleichstrommotor bei dem die Anker -und der Erregerwicklung in Reihe geschalten sind. Dadurch sind die felderzeugenden Ströme für Anker und Erreger identisch.

Reihenschlussmotoren haben ein hohes Anlaufmoment und ihre Drehzahl nimmt bei abnehmender Last zu, was sie für viele Anwendungsfälle ideal macht.

Aufbau des Reihenschlussmotors

Der Reihenschlussmotor besitzt wie der Nebenschlussmotor nur eine Spannungsquelle für Anker(Rotor)- und Erregerkreis(Stator). Ihr Unterschied ist der Aufbau der Schaltung. Während beim Nebenschlussmotor der Anker- und Erregerkreis parallelgeschaltet sind, liegt beim Reihenschlussmotor, wie der Name bereits vermuten lässt, eine Reihenschaltung vor. Erreger- und Ankerwicklung liegen also in Serie. Durch die Reihenschaltung kann die Erregerwicklung nicht wie beim Nebenschlussmotor hochohmig ausgeführt werden, denn sonst würden wir den Ankerwiderstand stark beeinflussen und somit den Ankerstrom reduzieren. Daher besitzt die Erregerwicklung eine geringe Windungsanzahl bei einem großen Leiterquerschnitt um einen geringen Widerstand zu garantieren.

Reihenschlussmotor Aufbau Reihenschaltung von Ankerkreis und Erregerkreis
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Aufbau eines Reihenschlussmotors

Ersatzschaltbild des Reihenschlussmotors

Aufgrund der Reihenschaltung entspricht der Ankerstrom dem Erregerstrom. Der magnetische Fluss wird vom Ankerstrom erzeugt und ist somit abhängig von der Motorbelastung. Bei Zunahme der Belastung steigt der Ankerstrom und dadurch der magnetische Fluss. Die Drehzahl nimmt mit steigender Belastung stark ab, da dann der und der magnetische Fluss steigen. Dies ist aus der folgenden Formel ersichtlich:

    \[n= \frac{U-(R_{A,V}+R_A)\cdot I_A}{k\cdot \Phi}\]

n \widehat{=}Motordrehzahl in Hz, U \widehat{=} Klemmenspannung , (R_{A,V}+R_A)\widehat{=} Ankerwiderstand, I_A \widehat{=} Ankerstrom, k\widehat{=} Motorkonstante, \Phi \widehat{=} magnetischer Fluss.

Reihenschlussmotor Ersatzschaltbild Reihenschaltung
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Ersatzschaltbild eines Reihenschlussmotor

Drehmomentkennlinie des Reihenschlussmotors

Bei einer Entlastung sinken der Anker- und Erregerstrom, der magnetische Fluss sinkt. Folglich wird das Erregerfeld schwächer und die Drehzahl steigt. Das Verhalten des Reihenschlussmotors wird als „weiches“ Drehzahlverhalten bezeichnet. Es ergibt sich eine exponentiell abnehmende Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie.

Problematisch ist, dass bei Lastminderung die Drehzahl stark steigt und bei einer völligen Entlastung, auch Leerlauf genannt, die Drehzahl rasant steigt und der Motor „durchgeht“. Durch die hohen auftretenden Zentrifugalkräfte würde sich der Motor zerstören. Daher Achtung: betreibe einen Reihenschlussmotor niemals ohne Last.

Anwendung von Reihenschlussmotoren

Durch das „weiche“ Drehzahlverhalten werden Reihenschlussmotoren immer dann eingesetzt, wenn  hohes Anfahrmoment benötigt wird, das Nennmoment aber eher gering ist.  Ein Anwendungsbeispiel  dafür sind Straßenbahnen. Diese sind schwer und benötigen daher ein hohes Anfahrmoment um die Haftreibung zu überwinden. Wenn sie dann auf Geschwindigkeit ist, ist das benötigte Drehmoment deutlich geringer. Bisher galt immer die Annahme, dass Gleichstrommaschinen auch als Generatoren genutzt werden können. Dafür ist der Reihenschlussmotor leider ungeeignet. Im Leerlauf existiert, im Gegensatz zum Nebenschlussmotor, kein Erregerstrom. Des Weiteren ist die induzierte Spannung bei Belastung lastabhängig.

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