Gleichstrommaschine
Dieser Artikel behandelt den elektrischen Motor oder Generator namens Gleichstrommaschine. Für die spezielle Dampfmschine namens Gleichstrommaschine siehe Dampfmaschine.
Eine Gleichstrommaschine ist ein Elektromotor oder Generator, der mit Gleichstrom betrieben wird bzw. der mechanische Energie in Gleichstrom wandelt.
Sie besteht aus dem Stator, dem unbeweglichen äusseren Teil und dem Rotor, dem drehbar gelagerten inneren Teil. Bei konventionellen Gleichstrommaschinen besteht der Stator aus einem Elektromagneten oder bei kleineren Maschinen einem Permanentmagneten. Der Rotor wird bei konventionellen Maschinen Anker genannt, es handelt sich um einen Elektromagneten.
Der Vorteil der Gleichstrommaschinen sind ihr gutes Anlaufverhalten und ihre gute Regelbarkeit.
Aufbau
Die Wicklung des Ankers wird über den Kommutator angeschlossen. Die Kontakte ("Bürsten") des Kommutators sind so aufgebaut, dass sie während der Drehung ständig die Polung der Ankerwicklung wechseln. Somit ist beim Gleichstrommotor die Drehbewegung gewährleistet. Beim Generator wird durch die Funktion des Kommutators aus dem Wechselstrom des Rotors Gleichstrom.
Nach der Art der Schaltung der Rotor und der Statorwicklung unterscheidet man:
Reihenschlussmaschine
Hier sind Erregerwicklung und Ankerwicklung in Reihe geschaltet. Dadurch wechseln Erregerfeld und Ankerstrom ihre Richtung synchron, so dass eine Speisung mit Wechselstrom möglich wird. Solche Maschinen wurden als Bahnantriebe in Wechselstromnetzen eingesetzt. Unter dem Begriff Universalmaschine werden die Antriebe von Haushaltsmaschinen, Bohrmaschinen etc zusammengefasst.
Nebenschlussmaschine
Bei der Nebenschlussmaschine sind Erreger- und Ankerwicklung parallel geschaltet. Ein Wechselspannungsbetrieb ist nicht üblich, da hierfür Erreger- und Ankerstrom in Phase sein müssten, d.h. Anker- und Erregerwicklung gleiche Induktivität (und Widerstand) haben müssen. Oft wird nicht zwischen Nebenschluss- und fremderregter Maschine unterschieden und dabei übersehen, dass eine Verringerung der Ankerspannung zu einer Feldschwächung führt.
Verbundmaschine
fremderregte Maschine: Hier werden Anker und Erregerwicklung aus unterschiedlichen Spannungsquellen gespeist. Eine permanent erregte Maschine ist hier einzuordnen. Elektrisch erregte Maschinen können gut im Feldschwächbetrieb gefahren werden.
Glockenanker-Maschinen
Kleine Maschinen bis etwa 100W mit Permanentmagnet können auch mit einem hohlen Rotor gebaut werden. Der Stator (Permanentmagnet) kommt in diesem Fall innerhalb des Rotors zu liegen. Der elektrische Aufbau ist gleich wie auf der 1. Illustration. Damit wird der Rotor viel leichter, der Motor kann schneller beschleunigen.
Bürstenlose Gleichstrom-Maschinen
Ein Nachteil der konventionellen Gleichstrommaschinen sind die Funken, welche bei den Bürsten entstehen. Dies begrenzt auch die maximale Drehgeschwindigkeit, da die Bürsten bei hohen Drehzahlen heiss werden und verschleissen. Dies umgeht die bürstenlose Gleichstrommaschine, engl. brushless direct current, BLDC. Der Rotor besteht hier aus einem Permanentmagneten, der Stator besteht aus mehreren Elektromagneten. Die Lage des Rotors wird ständig gemessen und die Elektromagneten im Stator entsprechend kommutiert. Man spricht daher auch von EC-Motoren, engl. electronical commutation. Solche Maschinen sind wegen ihrer Elektronik teuer und bilden ein Nischenprodukt.