DC-Motor
DC-Motoren werden auch als Gleichstrommotoren bezeichnet, ihr direktes Gegenstück sind AC-Motoren oder auch Wechselstrommotoren genannt. Wie der Name schon sagt, kann ein Gleichstrommotor mit Gleichstrom aus einer Gleichspannungsquelle, z. B. einer 12-V-Batterie, betrieben werden. Die obere Abbildung zeigt die Rück- und Vorderansicht eines Gleichstrommotors. Um den Aufbau und die Funktion besser zu erklären, wurde ein sehr einfaches Motordesign gewählt.
Aufbau DC-Motor
Wie jeder Elektromotor besteht auch der Gleichstrommotor aus einem Rotor und einem Stator. Im Gegensatz zu Wechselstrommotoren besteht der nicht rotierende Stator des Gleichstrommotors aus Permanentmagneten. Die Dauermagnete sind auf einem zylindrischen Mantel aus Blech befestigt. Der rotierende Rotor besteht aus einzelnen dünnen Elektroblechen. Der Rotor ist mit Wicklungen aus Kupferdraht umwickelt. Die einzelnen Wicklungen sind mit dem Kommutator verbunden. Auf dem rotierenden Kommutator schleifen zwei Bürsten für den Plus- und Minuspol. Die Bürsten können z. B. aus Kohlestiften oder Metall bestehen. Um den Kontakt zu verbessern, werden die Kohlestifte durch kleine Federn auf den Kommutator gedrückt. Die Bürsten sind mit den Plus- und Minuspolen für die Gleichspannung verbunden. Im Gegensatz zu einem Wechselstrommotor, der in der Regel drei Anschlüsse für die Stromversorgung hat, hat der Gleichstrommotor nur zwei Anschlüsse für eine Gleichspannung.
Funktionsweise DC-Motor
Wie jeder Elektromotor benötigt auch der Gleichstrommotor ein wechselndes Magnetfeld, das sich je nach Position ändert. Das Magnetfeld wird durch einen Stromfluss in den Wicklungen erzeugt. Damit sich das Magnetfeld in Abhängigkeit von der Position ändert, muss sich die Richtung des Stromflusses in den Wicklungen ändern. Genau dafür wird der so genannte Kommutator benötigt, der die Polarität der an die Wicklungen angelegten Spannung ändert. Der Kommutator sorgt also dafür, dass entweder eine positive oder eine negative Spannung an die Wicklungen angelegt wird. Damit ändert sich auch die Richtung des Stromflusses in der Wicklung und damit das Magnetfeld. Der Kommutator kann also als mechanischer Wechselrichter betrachtet werden, der den Gleichstrom im Motor in einen Wechselstrom für die Wicklungen umwandelt. Aus diesem Grund wird der Kommutator auch als mechanischer Stromwender bezeichnet.
DC-Motor Typen
Es gibt drei verschiedene Arten von Gleichstrommotoren:
- selbsterregter Gleichstrommotor
- fremderregter Gleichstrommotor
- Permanentmagnet-Gleichstrommotor
Der permanentmagneterregte Gleichstrommotor ist aufgrund seines einfachen Aufbaus am weitesten verbreitet. Der fremderregte Gleichstrommotor und der selbsterregte Gleichstrommotor haben keine Dauermagnete im Stator; stattdessen verwenden diese Gleichstrommotoren Elektromagnete im Stator. Bei selbsterregten Gleichstrommotoren wird die Spannung für den Elektromagneten direkt aus der Gleichspannung verwendet. Fremderregte Gleichstrommotoren verwenden stattdessen eine zusätzliche Spannung, die unabhängig von der Gleichspannung des Gleichstrommotors eingestellt werden kann. Das direkte Gegenstück zu den Gleichstrommotoren sind die bürstenlosen Gleichstrommotoren oder BLDC-Motoren. Wie der Name schon sagt, haben BLDC-Motoren keine Bürsten, also auch keinen Kommutator. Bürstenlose Motoren gehören zu den Wechselstrommotoren. Eisenlose oder nutenlose Gleichstrommotoren haben keine Nuten im Rotor, d. h. keine Zähne, um die die Wicklungen gewickelt werden. Die Wicklungen sind also sozusagen um Luft gewickelt. Deshalb spricht man auch von einer Luftspaltwicklung.
DC-Motor Regelung
Anwendungen DC-Motoren
Gleichstrommotoren werden meist für einfache Stellantriebe verwendet. Ein großes Anwendungsgebiet für Stellantriebe mit Gleichstrommotoren ist die Automobilindustrie. Dort werden Gleichstrommotoren für Klappen und Ventile eingesetzt. Auch im Modellbau werden viele Gleichstrommotoren für Servoantriebe zur Steuerung von Modellflugzeugen und für ferngesteuerte Autos und Boote verwendet.