Elektrische Maschinen sind Energiewandler. Energie ist das Produkt aus Leistung und Zeit.
Die elektrische Leistung ergibt sich aus den physikalischen Größen
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Die mechanische Leistung ergibt sich aus den physikalischen Größen
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Ein Motor
Über die Multiplikation mit der Einschaltzeit
ergibt sich die jeweilige Energie.
wandelt
elektrische Energie in mechanische Energie um.
Ein Generator
Über die Multiplikation mit der Einschaltzeit
ergibt sich die jeweilige Energie.
wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um.
Ein Transformator (oder kurz Trafo genannt)
Die elektrische Scheinleistung,
die er aufnimmt, gibt er
im Idealfall auch wieder ab.
überträgt
elektrische Energie von einer zur anderen Seite.
In elektrischen Maschinen werden die magnetischen Erscheinungen ausgenutzt.
Die magnetischen Feldlinien treten als Folge eines Stromes um einen Leiter auf. Legt man den Leiter in Schleifen zu einer Spule entsteht im Inneren der Drahtspule eine Ansammlung von Feldlinien, die sich mit jeder Windung verstärkt. Die physikalische Größe ist die Sie ist das Produkt aus Elektrischem Strom und Windungszahl der Spule: Durchflutung Theta in A . Die Spule wird also von Magnetischen Feldlinien durchflutet. Diese Feldlinien zeigen ja die Richtung der mechanischen Kraft auf eine Kompassnadel oder noch kleiner - ein Molekularmagneteinen Magneten. Dabei ist die Kraft umso stärker, je kürzer dann ist der Messpunkt ja auch näher am Magnetpoldie Feldlinie ist. Bei dieser Kraft spricht man auch von der Magnetischen Feldstärke H in A/m, wo das Beschriebene auch in der physikalischen Beziehung - also der
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Steckt man in die Spule einen Eisenkern aus weichmagnetischen Werkstoffen, werden die Feldlinien noch verstärkt, wenn man dafür sorgt, das die Feldlinien sich in einem Eisenkreis schließen können.
Die physikalische Größe ist der Er ist das Produkt aus der Magnetischen Induktion B und des Querschnitt des Eisenkerns AFe Magnetische Fluß Phi in Vs (Weber) . |
In ihr wird der Zusammenhang zwischen Magnetischer Induktion B und Magnetischer Feldstärke H grafisch dargestellt.
Deutlich sichtbar ist darin die Das bedeutet: die Zunahme der Feldliniendichte ist trotz der Zunahme des Spulenstromes viel kleiner und irgendwann "Hat sie fertig". Dann kann der immer größer werdende Spulenstrom nur noch verheizt werden, weil das Mehr an Energie ja irgendwie umgewandelt werden mußSättigung des Elektromagneten ab B = 1.8 bis 2 Tesla, dem üblichen = kornorientiertes Blech (Si-legiert mit Angabe der Walzrichtung)Weicheisen für Wechselstrommaschinen.
Wird ein Elektromagnet ausgeschaltet, bleibt ein Teil des die sogenannte Remanenz BRRestmagnetismus. im Kern zurück.
Die Magnetisierungskurve bekommt Die Hysterese zeigt, das beim Ausschalten des Stromes die magn. Induktion nicht restlos abgebaut wird.zwei Verläufe. :
Um die Remanenz zu "zerstören", muss die Spule umgepolt werden (negative Stromrichtung).
Die Remanenz BR kann durch die Koerzitivfeldstärke HK durch Umpolung entmagnetisiert aufgehoben werden.
Die folgende Kennlinie zeigt Werte für die Koerzitivkraft und Remanenz einiger spezieller Werkstoffe für Dauermagnete:
Die Magnetische Induktion B ist um den Faktor sprich: "Mü" = Zeichen für die Permeabilitätμ höher als die Feldstärke H.
Wäre μ eine Konstante, dann wäre das ist in Luft oder Vakuum tatsächlich der Fall, diese Stoffe besitzen die Permeabilität μ0 = 4π x 10-6Vs/Amdie Magnetisierungskennlinie kerzengerade . In der Sättigung wird μ aber rasch sehr klein, die Permeabilität ist alles andere als konstant. Diese magnetische Eigenschaft macht die Suche nach neuen Magnetwerkstoffen spannend.
Genauso spannend ist die Frage, wie stark kann eine Maschine magnetisiert werden. Denn im Magnetismus der Maschine steckt die Menge der erzielbaren Energie, sei es beim Generator oder beim Motor.
Der Magnetische Fluß Φ ist umso größer, je mehr Durchflutung Θ eine Spule erzeugt und je kleiner der Der Magnetische Widerstand Rm ist.
Das klingt wie das Ohmsche Gesetz des Stromkreises
Elektrizität | Magnetismus | |
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Ursache | Elektrische Spannung U | Magnetische Durchflutung Θ |
Widerstand (Faktor) | Ohmscher Widerstand R Leitwert G |
Magnetischer Widerstand Rm |
Wirkung | Elektrische Stromstärke I | Magnetischer Fluß Φ |
Die Idee der Analogie stammt von John Hopkinson |
Der magnetische Kreis wird demnach wie ein Stromkreis betrachtet:
Zwei Wirkungen sind im magnetischen Feld besonders wichtig:
F = B * l * I
darin ist:
F die mechanische Ablenkkraft auf den Leiter im Magnetfeld,
B die Induktion des magnetischen Feldes
l die Länge des Leiters im Magnetfeld (wirksame Leiterlänge)
I der im Leiter fließende Strom
Der zweite Effekt ist als Generatorprinzip bekannt.
UQ = B * l * v
darin ist:
UQ die induzierte elektrische Spannung,
B die Induktion des magnetischen Feldes
l die Länge des Leiters im Magnetfeld (wirksame Leiterlänge)
v Bewegungsgeschwindigkeit des Leiters im Magnetfeld