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Ankerstrom Gleichstrommaschine

Hier können Sie ohne viel Aufwand den Ankerstrom einer Gleichstrommaschine berechnen lassen. Geben Sie dazu unten einfach nur die Urspannung, die Klemmspannung, den Ankerwiderstand sowie die Art der Gleichstrommaschine ein.

Urspannung [V]  
Klemmspannung [V]  
Ankerwiderstand [Ω]  
Art  

Der Ankerstrom ist eine Grüße aus der Elektrotechnik. Er betreibt elektrische Maschinen und Geräte, die auf dem Prinzip des Gleichstroms basieren Gleichstrom ist im Gegensatz zu Wechselstrom gleichgerichtet. Hier unterscheiden wir je nachdem in welche Richtung der Strom fließt (Leistungsfluss genannt) zwischen Gleichstrommotoren, also Motoren, die die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln und Generatoren, also elektrischen Generatoren. Maschinen, die mit Gleichstrom betrieben werden, haben den Vorteil, daß sie ein gutes weil direktes Anlaufverhalten, sowie gut zu regeln sind. Geräte oder Maschinen, die klassisch mit Gleichstrom betrieben werden, besitzen einen Wechselrichter, der auch als Komutator oder auch Polwender bezeichnet wird. Dieser Wechselrichter ist auf der Rotationsachse der Maschine befestigt.

Der Wechselrichter dient dazu, die Wechselspannung, welche vom Rotor erzeugt wird, in Gleichspannung umzuwandeln. Das Ergebnis ist eine frequenzielle Gleichspannung. Der Anker, der eigentlich den Strom erzeugt, ist das Herzstück das der Technik innewohnt. Er ist auf der rotierenden Welle angebracht und und ist der bewegliche Teil des Rotors. Der Anker liefert also die eigentliche mechanische Energie. Man unterscheidet zwischen drei Anker-Arten: Einmal gibt es den Doppel-T Anker ist der einfachste seiner Art. Er wurde von Werner Siemens erfunden. Weiterhin wird der Ringanker verwendet, der wie der Name schon sagt, als Ring angefertigt ist. Aussen angebrachte Abgriffe bilden den Kontakt zu den Kommutatoren. Eine Weiterentwicklung des Ringankers ist der Trommelanker. Durch eine besondere Form der Wicklung ist es mit diesem Anker möglich, doppelt so viel Spannung zu erzeugen, wie mit dem Ringanker.

Berechnung des Ankerstromes


Die Spannung des Ankerstromes kann man mittels einer physikalischen Formel berechnen. Hierzu benötigt man den Ankerstrom (in der Formel als I gekennzeichnet) die Klemmspannung (Symbol Ui) und den so genannten Ankerkreiswiderstand. (mit R gekennzeichnet). Die Spannung der Gleichstrommaschine berechnet sich also mit der Formel: U = Ui + R x I. Wichtig sei noch zu erwähnen, daß die Berechnung abhängig davon ist, ob der Ankerstrom für einen Generator, oder einen Motor ermittelt wird.

Benutzung des Rechners


Der Rechner hat drei Eingabefelder. Im ersten Feld wird die Urspannung eingesetzt. Im nächsten Feld ist die Klemmspannung einzugeben. Im dritten Feld wird nach dem Ankerwiderstand gefragt. Zum Schluss wird man aufgefordert, anzuwählen, ob es sich um einen Elektromotor oder um einen Generator handelt.

Verwendung von Gleichstrommotoren


In der Industrie finden Gleichstrommotoren vielfach Verwendung. Hauptsächlich werden sie in Hütten- und Walzwerken, sowie in Papiermaschinen, aber auch bei Hebemaschinen wie zum Beispiel Kränen verbaut. Ihr Vorteil, ab dem ersten Augenblick die maximale Kraft aufbringen zu können, sowie die perfekte Regelbarkeit machen sie zu zuverlässigen Antrieben energieintensiver Maschinen und Geräte.


Häufig gestellte Fragen

Beispielrechnung aus der Praxis

Von einem auf einer Gleichstrommaschine basierendem Generator ist eine Urspannung von 400 V bekannt. An den Klemmen werden 380 V gemessen, die Ankerwicklung hat einen Widerstand von 10 Ohm. Auf welchen Strom müssen die Zuleitungen und Schaltelemente mindestens ausgelegt sein?

IA = (UKl – Uq) / RA

= (380 V – 400 V) / 10 W

= -2 A

Das Minuszeichen im Ergebnis kennzeichnet die Betriebsart „Generator“.

 

Was ist ein Ankerstrom?

Als „Anker“ wird bei einer Gleichstrommaschine die Wicklung bezeichnet. Die Ankerwicklung ist auf einem Blechstapel ähnlich dem eines Transformators angeordnet. Diese Technologie reduziert die beim Wechsel des Magnetfeldes auftretenden Wirbelstromverluste. Üblicherweise befindet sich diese Ankerwicklung auf dem rotierenden Teil (dem „Rotor“), im feststehenden Teil (dem „Stator“) sind dann entsprechend die Magneten angeordnet.

Der Ankerstrom ist nun der Strom, der durch diese rotierende Spule fließt und dadurch ein Magnetfeld hervorruft, dass dann durch Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Stators den Anker in eine Drehbewegung versetzt

 

Was ist einen Urspannung und was eine Klemmspannung?

Die Klemmspannung ist die Spannung, die an den Anschlussklemmen der Gleichstrommaschine anliegt oder im Betriebsmodus als Motor an diese angelegt wird. Diese Spannung wird auch auf dem Typenschild des Motors angegeben und meist als Betriebs- oder Nennspannung bezeichnet.

Die Urspannung dagegen ist eine Spannung im Inneren der Gleichstrommaschine. Leichter fällt das Verständnis, wenn man sich die Gleichstrommaschine in der Betriebsart „Generator“ vorstellt, also als Stromerzeuger. Die Rotation und die damit verbundene Magnetfeldänderung induziert in der Wicklung eine Spannung – diese wird als Urspannung bezeichnet. An den Klemmen kommt entsprechend weniger an, da alle Widerstände im Stromkreis, und dazu gehört auch der der eigentlichen Ankerwicklung, entsprechende Spannungsabfälle hervorrufen.

 

Welche Arten von Gleichstrommaschinen gibt es?

Je nach konstruktivem Aufbau werden Gleichstrommaschinen unterschiedlich bezeichnet. Die beiden wesentlichen sind die

  • Reihenschlussmaschine

    Die Ankerwicklung und die Statorwicklung (dient dem Aufbau des Magnetfeldes im Stator) sind in Reihe geschaltet. Diese Bauart zeichnet sich durch ein hohes Anlaßmoment bei vergleichsweise geringem Anlaßstrom aus.

  • Nebenschlussmaschine

    Anker- und Statorwicklung sind bei dieser Ausführung parallel geschaltet. Der Vorteil der Nebenschlussmaschine liegt in dem über den Drehzahlbereich nahezu konstanten Drehmoment. Nachteilig ist, dass eine Unterbrechung in der Statorwicklung zu einem „Durchgehen“, also einer ungewollten Drehzahlerhöhung führt.

 

Wie berechnet man den Ankerstrom einer Gleichstrommaschine?

Für die Berechnung des Ankerstroms werden kann für beide Betriebsarten eine gemeinsame Formel verwendet werden:

IA = (UKl – Uq) / RA in Ampere

UKl … Klemmenspannung in Volt

Uq … Urspannung in Volt

RA … Ankerwiderstand in Ohm

In der Betriebsart „Generator“ ist das Ergebnis negativ, ein positiver Ankerstrom bezeichnet einen Betrieb als Motor.

 

Wo findet die Berechnung ihre Anwendung?

Wichtig ist die Kenntnis des Ankerstroms für die Auslegung elektrischer Anlagen. Der erforderliche Strom bestimmt die notwendige Belastbarkeit der Stromversorgungsquelle bei Motoren. Zudem müssen auch alle anderen Elemente des Stromkreises auf diesen Strom ausgelegt werden. Dazu gehören Schaltelemente wie Schütze (Relais) und mechanische, manuell bedienbare Schalter sowie Sicherungselemente und die Anschlussleitungen an sich.

 



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