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Der Gleichstrom-Reihenschlussmotor besitzt wegen I A = I E = I eine laststromabhängige Felderregung, womit ohne Berücksichtigung der magnetischen Sättigung die Beziehung Φ = c I · I besteht. Mit c R = c · c I erhält man nach Gl. (4.18) für einen Reihenschlussmotor die Quellenspannung: U q = c R ⋅ I ⋅ n (4.24) Das innere Drehmoment berechnet sich über Gl. (4.20): cR M = 2 i ⋅ I (4.25) 2π Aus den Gln. (4.17 u. 4.20) lässt sich mit Gl. (4.25) auch die Drehzahl-Drehmomentbeziehung des Reihenschlussmotors angeben. Es gilt: U R A n = − (4.26) 2π ⋅ c ⋅ (M + M ) c R R R Anstelle der harten Kennlinie der fremderregten Maschine ergibt sich beim Reihenschlussmotor ein hyperbolischer Drehzahlverlauf. Da die Drehzahl des Reihenschlussmotors im Leerlauf auf unzulässig hohe Werte ansteigen würde, darf dieser nur unter Belastung betrieben werden. I / I N n / n N 1 I n ──── ohne magnetische Sättigung --------- mit Sättigung Kennlinien des Reihenschlussmotors 1 M / M N Der Reihenschlussmotor fand früher seine Anwendung vorwiegend als Fahrmotor in Nahverkehrs- und Industriebahnen. Heute wird er als Universalmotor bei Handbohrmaschinen, Handkreissägen usw. eingesetzt. 4.3 Steuerung von Gleichstrommaschinen Die Drehzahl-Drehmomentbeziehung einer Gleichstrommaschine gilt in Anlehnung an Gl. (4.22) allgemein: UA 2π ⋅ (R A + R V ) n = − ⋅ (M + MR ) (4.27) c ⋅ Φ 2 (c ⋅ Φ) Für die Drehzahlverstellung kann ein Vorwiderstand R V in den Ankerkreis zugeschaltet werden. Die Drehmoment-Drehzahlkennlinien werden steiler, es entstehen hohe Stromwärmeverluste im Vorwiderstand R V . Durch Feldschwächung (Φ ≤ Φ N ) kann die Drehzahl n erhöht werden; gleichzeitig wird das zur Verfügung stehende Drehmoment verkleinert. Eine Verstellung der Ankerspannung bis zur Ankernennspannung (U A ≤ U AN ) und damit ein Drehzahlbereich von 0 ≤ n ≤ n N ist prinzipiell mit dem rotierenden Leonard-Umformer möglich. Bei stationären Gleichstromantrieben wird heute im Allgemeinen die verlustarme Verstellung der Ankerspannung mit einem Stromrichter in Sechspuls-Brückenschaltung B6 realisiert (Leistungen bis 3 kW auch in Zweipuls-Brückenschaltung B2). G. Schenke, 9.2006 Elektrische Netze und Maschinen FB Technik, Abt. E+I 52
Bei der Projektierung eines Gleichstromantriebs muss neben den Nenndaten P N , U N und n N auch bekannt sein, ob ein Motorbetrieb für eine oder beide Drehrichtungen und ggf. eine Nutzbremsung erforderlich ist. Die verschiedenen Betriebszustände einer Gleichstrommaschine lassen sich durch die Lage ihrer Drehzahl-Drehmomentkurve n = f{M} in einem der vier Quadranten angeben. G n M Steuerung einer Gleichstrommaschine im Vierquadrantenbetrieb U A , -I A , Φ U A , I A , Φ M M G Durch die Beziehungen U -U A A , -I A , Φ -U A , I A , Φ n ~ und M ~ IA ⋅ Φ Φ U A , I A , -Φ liegt dabei fest, welche Vorzeichen Ankerspannung, -strom und Hauptfeld in den verschiedenen Arbeitsweisen haben. Der Motorbetrieb im ersten Quadranten, in dem alle Größen positiv gezählt werden, ist der Bezugswert. U L u d u A M i A L d I E Gleichstromantrieb mit Stromrichter in Sechspuls-Brückenschaltung α = 0° ud 30° α 60° 90° 120° 150° u 0 α ω t Gleichrichterbetrieb Wechselrichterbetrieb Bildung der Gleichspannung u d bei einer Sechspuls-Brückenschaltung G. Schenke, 9.2006 Elektrische Netze und Maschinen FB Technik, Abt. E+I 53
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