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Wechselstrommotoren

Wechselstrommotoren

Veröffentlicht am 03.11.2022

Beim Betrieb eines Motors mit Wechselstrom kann man natürlich auf die Idee kommen, den einhundertfachen Phasenwechsel der Wechselspannung dafür zu verwenden, das Magnetfeld in der Spule ständig umzupolen. Motoren, die nach diesem Prinzip funktionieren, gibt es, sie heißen Synchronmotoren und haben den großen Fehler, dass sie nur für sehr geringe Belastungen geeignet sind. Sobald von ihnen schwerere Arbeit verlangt wird, kommen sie aus dem Tritt, das heißt, sie sind in ihrer Drehzahl nicht mehr mit den Wechselspannungsphasen synchron und bleiben schließlich stehen. Für leichte Dreharbeiten sind sie aber gerade im Modellbau gut einsetzbar. 

Eine andere Variante, die Wechselstromfrequenz unmittelbar in eine Bewegung umzusetzen, ist der so genannte Bürstenmotor. Der ganze „Motor“ besteht aus zwei aufeinanderliegenden runden Platten, die untere ist der antimagnetische Stator und hat radiale Riefen in der Oberfläche, die darauf liegende Rotorplatte ist magnetisierbar und hat eine textile Unterseite mit tangential weisenden Borsten. Eine von Wechselstrom durchflossene Spule unter dem Stator zieht den Rotor hundertmal pro Sekunde gegen den Stator, die Borsten werden durch den Druck beim Anziehen gespannt und beschleunigen den Rotor beim Loslassen ein kleines Stück. Es ist klar, dass diese Motorkonstruktion sehr langsam dreht und ebenfalls nicht stark belastbar ist. Sie eignet sich im Modellbau gut für drehende Reklameschilder oder Radarantennen.

Für belastbare Wechselstrommotoren ist ebenfalls das bewährte Kommutatorprinzip brauchbar, doch mit einem Permanentmagneten als Stator kommen wir nicht hin. Der Takt der Wechselspannung überlagert die Umpolung durch den Kommutator. Es bedarf einer Synchronisation beider Magnetfelder.

Deshalb wird der Stator ebenfalls zum Elektromagneten umfunktioniert durch eine mit der rotierenden Spule in Reihe geschaltete feste Spule. So haben auch bei Wechselspannung die beiden Magnetfelder immer die zueinander passenden Polungen.

Bild WechselstrommotorBild WechselstrommotorAllerdings ergibt diese Lösung einen Motor mit immer gleicher Drehrichtung. Wird die Wicklung aber nach der Hälfte der Windungszahl angezapft und hier der eine Schleifer des Kommutators angeschlossen; der andere Schleifer des Kommutators liegt direkt am Gegenpol der Betriebsspannung. Dazu kommt noch ein Umschalter, mit dem der Stromfluss durch den Motor entweder über die eine Hälfte der äußeren Spule geleitet wird oder über die andere.

Da die Rotor-Spule an der Mittelanzapfung hängt, kann mit diesem Wechsel der äußeren Spule die Drehbewegung in die eine oder die andere Richtung umgeschaltet werden, denn die Polung des äußeren Magnetfeldes wechselt mit der Wahl der Spule.

Um den Umschalter auch von fern betätigen zu können, ist er natürlich ein Relais. Allerdings ein etwas seltsam funktionierendes. Heutzutage lässt sich mit Digitalsteuerung so etwas eleganter erledigen, doch als das Märklin-System erfunden wurde, war an diese Technologie noch lange nicht zu denken. Deshalb wurde ein Stromstoßrelais mit einer sehr hohen Ansprechspannung verwendet. Die normale Fahrspannung reicht nicht aus, es zu betätigen, doch ein Impuls mit 25 V bringt es zum Durchschalten. Dass dabei auch die 25 V auf dem Motor und die Stirnbeleuchtung durchschlagen, war lange Zeit ein unschöner Nebeneffekt des Fahrtrichtungswechsels bei Märklin. Mittlerweile wird das aber durch Elektronikeinsatz abgefangen.

Liegt bei dieser Konstruktion eine Gleichspannung an, muss nichts synchronisiert werden, aber schaden tut die äußere Spule auch nicht. Der Kommutator verrichtet hier seine Arbeit auch bei Gleichstrom in gleicher Weise. Dieser als Wechselstrommotor bezeichnete Motor ist eigentlich einer, den man mit allen Stromarten betreiben kann, weshalb er auch Allstrommotor genannt wird.

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