Wie funktioniert der Rotor in einem Elektromotor?

Rotor in einem Elektromotor

Der Rotor ist der Teil eines Elektromotors, der rotiert, um mechanische Energie bereitzustellen. Es ist mit der Welle verbunden und interagiert mit dem stationären Stator, um eine Rotationskraft, ein sogenanntes Drehmoment, zu erzeugen. Sein Design und seine Konstruktion können auf spezifische Anwendungen und gewünschte Leistungsmerkmale zugeschnitten werden.

Im Wesentlichen besteht der Rotor aus Metallstäben und Induktionsspulen, die durch Strom angetrieben werden, der durch Drähte von einer dreiphasigen Stromquelle fließt. Die Spulen sind um einen ferromagnetischen Kern gewickelt, um Magnetpole zu erzeugen, die eine Kraft namens Lorentzkraft erzeugen, die den Rotor in Rotation versetzt und die mechanische Energie des Motors liefert.

Die Drähte sind mit den Rotorwicklungen und dem Kommutator verbunden, einem elektrischen Drehschalter, der den Rotor mit Wechselstrom versorgt. Der Kommutator kehrt den Stromfluss in den Rotorwicklungen periodisch um, wenn sich der Anker dreht, wodurch die Leiter die von den Statoren erzeugten magnetischen Flusslinien durchschneiden können. Die resultierende induzierte Spannung erzeugt den Strom, der die Rotorwelle dreht und ein Drehmoment erzeugt.

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Wenn der Strom durch den Rotor fließt und die Spulen und Pole auf das Magnetfeld der Statoren ausgerichtet sind, erzeugen sie ihre eigenen Magnetfelder. Diese Felder erzeugen zusammen ein Drehmoment, das zum Drehen der Motorwelle verwendet werden kann, die mit der Last (wie einem Lüfter) verbunden ist.

Wie funktioniert der Rotor in einem Elektromotor?

Wenn der Rotor dem rotierenden Magnetfeld der Statoren folgen würde, würde er weiter beschleunigen, bis die elektromagnetische Stärke des Rotormagnetfelds ihren Maximalwert erreicht. Dieser Punkt wird als Synchrondrehzahl bezeichnet und ist die maximale Drehzahl des Rotors.

Sobald der Rotor die Synchrondrehzahl erreicht, erzeugt er kein eigenes Magnetfeld mehr und beginnt langsamer zu werden oder sogar anzuhalten. Der Rotor dreht sich erst wieder, wenn der durch ihn fließende Strom seine Richtung ändert.

Der oben abgebildete Spielzeug-Gleichstrommotor, der nur etwa die Größe eines Zehncentstücks hat, verfügt über zwei Batteriekabel, die mit dem Kommutator und den Bürsten sowie dem Rotor verbunden sind. Wenn der Motor an eine Batterie angeschlossen ist, dreht sich der Rotor. Wenn die Batteriekabel vertauscht sind, dreht sich der Rotor in die entgegengesetzte Richtung und der Motor hört auf, sich zu drehen.

Der Rotor ist vom Stator durch einen Luftspalt getrennt, der manchmal mit einer Dichtung oder einem Dichtmittel abgedichtet wird, um das Eindringen von Wasser, Schmutz und anderen Verunreinigungen in den Motor zu verhindern. Um die Leistung zu verbessern, wird der Spalt normalerweise so klein wie möglich gehalten. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass dadurch der Magnetisierungsstrom und der Leistungsfaktor verringert werden. Die Breite des Spalts richtet sich nach den physikalischen Grenzen des Motors und dem zum Heben der Last erforderlichen Drehmoment. Es ist auch wichtig, einen ausreichenden Abstand einzuhalten, um Kontaktfehler zu verhindern. Ein zu großer Spalt kann zur Überhitzung des Rotors und zum Kurzschluss führen. Dies ist keine ideale Situation für Motoren, die mit hohen Drehzahlen laufen.