Elektromotor
Was ist ein Elektromotor, wie ist er aufgebaut und wie funktioniert er? Das erfährst du hier im Beitrag und im Video dazu!
Inhaltsübersicht
Was ist ein Elektromotor?
Ein Elektromotor ist eine Maschine, die elektrische Leistung in mechanische Leistung umwandelt. So ein elektromechanischer Wandler besteht aus einem drehbaren Elektromagneten (Rotor), der sich im Magnetfeld eines unbeweglichen Dauermagneten (Stator) befindet.
Einfach erklärt funktioniert ein Elektromotor so: Der Rotor des Elektromotors wird unter Strom gesetzt und wird dadurch zu einem Elektromagneten mit Nord- und Südpol. Liegen die gleichnamigen Magnetpole des Rotors und des Stators auf der gleichen Seite, fängt sich der Rotor an zu drehen.
Das ist so, weil sich gleiche Pole abstoßen. Damit sich der Elektromotor dann weiter dreht, wechseln die Pole des Rotors ständig die Seiten. Für den Wechsel des Magnetfeldes ist ein Polwender (Kommutator) zuständig.
Du findest Elektromotoren in zahlreichen Maschinen, Automaten, Haushaltsgeräten und Elektronikgeräten, aber auch einfach als Antrieb in Elektrofahrzeugen vor.
Wie ist ein Elektromotor aufgebaut?
Ein Elektromotor besteht aus zwei Teilen, einem beweglichen bzw. drehbaren Rotor (Anker) und einem unbeweglichen Stator (Magnet).
Der Rotor im Inneren ist ein drehbarer Elektromagnet, der über sogenannte Bürsten bzw. Schleifkontakte mit der elektrischen Quelle verbunden ist. Dabei solltest du beachten, dass sich der Anschluss an die Stromquelle nicht mit dem Rotor mit dreht. Der Stator ist ein statischer Dauermagnet, der den Rotor umschließt.
Zusätzlich gibt es noch einen sogenannten Kommutator, der sich mit dem Rotor mit dreht. Du nennst ihn auch Polwender. Er ist mit der Spule des Rotors verbunden und liegt an den beiden Schleifkontakten der Spannungsquelle an.
Rotor
Der Rotor ist die bewegliche Baugruppe des Elektromotors. Weil seine Form so ähnlich wie ein Schiffsanker aussieht, kannst du ihn auch einfach Anker nennen. Er besteht aus einer drehbar gelagerten Spule, die auf einem Eisenkern aufgewickelt ist.
Die Spule dient als Leiter und ist zu einer oder mehreren Windungen geformt. Wenn der Rotor mit der Spannungsquelle verbunden ist, sorgt die Quelle für einen Stromfluss durch die Spule. So kann ein Magnetfeld erzeugt werden.
Damit du weißt, wie das Magnetfeld ausgerichtet ist, wendest du die Rechte-Hand-Regel an. Die Feldlinien laufen außerhalb des Magneten vom Nordpol zum Südpol. Innerhalb des Magneten verlaufen die Feldlinien vom Südpol zum Nordpol.
Stator
Der Stator ist die unbewegliche Baugruppe des Elektromotors. Du kannst ihn dir als Dauermagnet vorstellen, der auch ein Magnetfeld verursacht und somit den Rotor zum Drehen bringen kann.
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Wie funktioniert ein Elektromotor?
Ein Elektromotor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um. Das funktioniert nur durch das Zusammenspiel der zwei Magnetfelder des Rotors und des Stators. Die gleichen Magnetpole stoßen sich nämlich ab und die ungleichen Magnetpole ziehen sich an. So kann sich der Rotor, mithilfe des Polwenders (Kommutators), kontinuierlich im Kreis bewegen.
- Zunächst befindet sich der Rotor unbeeinflusst in einer senkrechten Position. Es fließt kein Strom durch die Spule und daher besitzt der Rotor auch noch kein Magnetfeld.
- Wenn du dann eine elektrische Spannung anlegst, baut die Spule ein Magnetfeld auf und der Eisenkern (Rotor) wird zum Elektromagneten mit Nord- und Südpol.
- Da der Rotor drehbar ist, dreht er sich so lange, bis sich immer die ungleichen Pole der beiden Magnete (von Rotor und Stator) gegenüberstehen und anziehen. Diese Position nennst du auch optimale Ausrichtung. Der Rotor dreht sich jetzt nicht mehr.
- Damit sich der Elektromagnet durchgehend weiter dreht, muss die magnetische Ausrichtung des Rotors umgepolt werden. Diese Aufgabe übernimmt ein Polwender (Kommutator), der mit der Spule verbunden ist und an dem die Spannungsquelle anliegen. Er wechselt den Nord- und Südpol des Rotors. Danach wiederholt sich der Prozess immer wieder ab Schritt 3.
Solange die Spannungsquelle angeschlossen ist, bleibt der Rotor in der optimalen Ausrichtung stehen, da er von den magnetischen Kräften in dieser Position festgehalten wird. Er bewegt sich also erst mit der Umpolung durch den Kommutator wirklich weiter.
Kommutator
Kurz bevor der Rotor die optimale Ausrichtung erreicht hat (1.), wird der Strom für einen kurzen Moment über den Polwender abgeschaltet (sogenannter Totpunkt) (2.) und gleich darauf mit umgekehrter Polung wieder eingeschaltet (3.).
Mit der umgekehrten Stromrichtung kehrt sich auch das Magnetfeld des Rotors um. Das hat zur Folge, dass sich jetzt jeweils gleichen Magnetpole gegenüber stehen und sich abstoßen. Der Rotor dreht sich so weit, bis sich die ungleichen Magnetpole wieder anziehen. Kurz vor der erneuten optimalen Ausrichtung wird der Strom wieder umgepolt und der Prozess beginnt von Neuem.
Merke: Ein Elektromotor ist also das Gegenstück zum Generator , welcher mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
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Elektromotor Arten
Es gibt viele verschiedenen Arten und Bauformen von Elektromotoren.
- Gleichstrommotor (Kommutatormotor): Ein einfacher Elektromotor mit Rotor, Stator und Kommutator, da er mit Gleichspannung betrieben wird.
- Wechselstrom motor: Ein Elektromotor ohne Kommutator, da er mit Wechselspannung betrieben wird.
- Drehstrommotor: Für hohe Leistungen. Er wird mit Dreiphasenwechselstrom betrieben.
Als Rotor kannst du außerdem verschiedene Ankertypen nutzen:
- Einfacher Anker: Er besteht aus 1 Spule und 2 T-förmigen Eisenkernen. Der Motor läuft daher unruhig.
- Dreifachanker: Er besteht aus 1 Spule und 3 T-förmigen Eisenkernen. Er besitzt keinen „Totpunkt“, in dem der Strom kurz abgeschaltet werden muss.
- Trommelanker: Er besteht aus 3 Spulen und vielen T-förmigen Eisenkernen. Der Motor läuft dadurch ruhiger.
Gleichstrommotor
Die meisten elektrischen Geräte und Anlagen funktionieren mit Gleichspannung. Deswegen findest du häufig einen Gleichstrommotor vor. Doch welche Gleichstrommotoren gibt es und wie kann man ihre Leistung berechnen? Das erfährst du im Video . Bis gleich!
