Grundlagen elektrischer Maschinen

Spannungserzeugung aus dem Magnetismus

Die Spannungserzeugung aus dem Magnetfeld nennt man Induktion. Wir unterscheiden zwei Möglichkeiten:

  1. Induktion der Ruhe
  2. Induktion der Bewegung

Ruheinduktion

Aus der allgemeinen Beziehung

wird im Transformator:

Trafohauptformel

Da den magnetischen Größen Grenzen gesetzt sind (Sättigung bei ca. 2 Tesla), hängt die erzeugte Spannung im Wesentlichen von der Windungszahl N ab.
Bei Spezialtrafos kann durch eine hohe Frequenz f Eisen eingespart werden, da die erzeugte Spannung auch mit der Frequenz steigt.

1.2 Bewegungsinduktion

Aus der allgemeinen Beziehung

wird im Generator:

Die Spannung hängt neben der Maschinengröße k auch von der Drehzahl n der Maschine und der Erregung Φ ab.
Wenn die Drehzahl des Generators konstant bleiben muss - etwa bei der Synchronmaschine - bleibt nur die Erregung zur Einstellung der erzeugten Spannung übrig.

Kraft aus dem Magnetismus

Auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld wird eine Kraft ausgeübt. (= Motorprinzip.) Dafür gilt die Beziehung:

Das Drehmoment

Die allgemeine Beziehung des Motorprinzips wird in einem Elektromotor zu:

Das erzeugte Drehmoment hängt neben der Maschinengröße k auch von der Erregung Φ der Maschine und dem fließenden Anker- oder Rotorstrom IAab.
Bei zunehmender Belastung der Maschine wird somit auch der aufgenommene Strom größer (vgl. Transformatorprinzip).

Leistung einer drehenden Maschine

Für jede drehende Maschine kann die Leistung aus dem Drehmoment MD und der Drehzahl n berechnet werden. Es gilt: