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Aufgabe

Induktionsspannung beim Elektromotor

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

a)Bei Elektromotoren tritt eine Induktionsspannung auf, die der von außen angelegten Spannung entgegengerichtet ist.

Erklären Sie das Auftreten der Gegenspannung.

Welche Bedeutung kommt der Gegenspannung für den Betrieb des Elektromotors zu?

b)Warum verwendet man bei großen Elektromotoren Anlasswiderstände?

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a)Durch die Rotation des Ankers werden Ladungen, die im Leiter vorhanden sind im Magnetfeld bewegt. Aufgrund der auftretenden Lorentzkraft kommt es zur Ladungstrennung und damit verknüpft zu einer Induktionsspannung Ui. Diese Induktionsspannung ist so gepolt, dass sie ihre Ursache - die von außen angelegte Batteriespannung Ubatt - zu hemmen sucht.

Der Betrag der induzierten Gegenspannung hängt u.a. von der Geschwindigkeit der bewegten Ladungsträger und somit von der Rotationsgeschwindigkeit der Ankerspule ab.

Bei niedriger Drehzahl des Motors ist die Induktionsspannung noch klein, d.h. die insgesamt wirkende Spannung\[{U_{{\rm{ges}}}} = {U_{{\rm{batt}}}} - {U_{\rm{i}}}\]ist groß. Mit zunehmender Drehzahl steigt die Induktionsspannung an und somit nimmt die Gesamtspannung und der Gesamtstrom\[I = \frac{{{U_{{\rm{batt}}}} - {U_{\rm{i}}}}}{{{R_{{\rm{anker}}}}}}\]ab.

Wird der Motor von außen belastet (z.B. lässt man den Motor eine Last hochziehen) so sinkt dessen Drehzahl kurzfristig ab. Nach dem oben Gesagten nimmt der Strom durch den Anker zu. Es wird also dem Netz mehr elektrische Leistung entnommen. Man spricht von der automatischen Leistungsanpassung des Motors.

Hinweis: Durch die Stromzunahme im Anker steigt das Drehmoment des Motors.

b)Je nach Bauart des Motors fließt beim Anlaufen unter Umständen ein zu hoher Strom. Mit einem Anlasswiderstand, der in Reihe zum Anker geschaltet wird, kann der Anlassstrom begrenzt werden.

Hat der Motor eine genügend hohe Drehzahl erreicht, so kann der Anlasswiderstand mit Hilfe eines Schalters aus dem Kreis genommen werden (z.B. Überbrückung des Anlasswiderstandes).