4. Gleichstrommaschinen - FB E+I: Home

Im Betrieb der Gleichstrommaschine treten das Erreger- und das Ankerquerfeld gleichzeitig auf,
wobei wegen der magnetischen Sättigung das resultierende Gesamtfeld nicht mit der Addition der
zwei Teilfelder übereinstimmt. Man bezeichnet die Beeinflussung der Luftspaltinduktion durch
die Ankerdurchflutung als Ankerrückwirkung.
Die Ankerrückwirkung verzerrt das Hauptfeld, so dass unter einer Polhälfte eine höhere Luftspaltinduktion
entsteht (B max > B L ). Infolge der magnetischen Sättigung wird das Feld der einen
Polhälfte weniger verstärkt als in der anderen geschwächt. Der Fluss ist damit kleiner als bei
Leerlauf (Φ < Φ 0 ). Die neutrale Zone mit B = 0 wird aus der Mitte der Pollücke verschoben.
Besteht innerhalb der Polteilung die mittlere Luftspaltinduktion B m , so wird in jeder Windung der
Ankerwicklung eine mittlere Spannung (4.10) induziert.
U
qw
= 2 ⋅ B ⋅ l ⋅ v
(4.10)
m
Zwischen benachbarten Bürsten stehen für die Spannungsbildung w Windungen zur Verfügung,
so dass sich die induzierte Ankerspannung einer Gleichstrommaschine wie folgt berechnet.
zA
Uq = w ⋅ Uqw
= 4 ⋅ w ⋅ p ⋅ n ⋅ Φ = ⋅ p ⋅ n ⋅ Φ
(4.11)
a
Eine wichtige Größe für den Betrieb der Gleichstrommaschine ist die Lamellenspannung U s , auch
Steg- oder Segmentspannung genannt, die zwischen benachbarten Stromwenderlamellen auftritt.
Der Mittelwert lässt sich einfach aus der Klemmenspannung U A des Ankers geteilt durch die
Lamellenzahl pro Polteilung berechnen.
UA
⋅ 2 ⋅ p 2 ⋅ ws
⋅ p
Us
= = ⋅ Bm
⋅ l ⋅ v
(4.12)
k a
Das vom Anker der Gleichstrommaschine erzeugte sogenannte innere Drehmoment M i lässt sich
über die Kraft F = B · l · I auf einen stromdurchflossenen Ankerstab berechnen.
F
N
I S
d A
F
Bildung des Drehmomentes aus
Tangentialkräften F der Ankerleiter
S
Das innere Drehmoment M i ist damit:
dA
Mi
= Bm
⋅ l ⋅ Is
⋅
2
2p ⋅ Φ
mit Bm
=
l ⋅ π ⋅ d
A
⋅ z
A
=
und
p ⋅ zA
⋅ Φ ⋅
2a ⋅ π
IA
Is
=
2a
I
A
(4.13)
Das innere Moment lässt sich mit der Drehzahl zu einer inneren Leistung P i verbinden. Die innere
Leistung ist die Grundlage zur Auslegung einer Maschine.
P
i
= 2π ⋅ n ⋅ M = U ⋅ I
(4.14)
i
q
A
G. Schenke, 9.2006 Elektrische Netze und Maschinen FB Technik, Abt. E+I 48