Elektromotoren

Elektromotoren (lat., Elektrizitätserreger), früher alle Vorrichtungen, durch die ein elektrischer Strom erregt wird, also neben magnetelektrischen Maschinen auch galvanische Batterien, Thermosäulen etc. Jetzt versteht man unter E. nur Dynamomaschinen, die durch Zuführung von Strom in Drehung versetzt werden und dabei andre Maschinen, Pumpen, Werkzeugmaschinen, Lokomotiven etc. treiben. Für die Erzeugung von Elektrizität in irgend einer Dynamomaschine ist eine mechanische Kraft nötig, welche die Abstoßung oder Anziehung des Magnetfeldes auf die Ankerdrähte überwinden muß, umgekehrt können diese Anziehung und Abstoßung des Magnetfeldes auf den Anker diesen in Drehung versetzen. Abgesehen von den Fällen, wo eine Sammlerbatterie die Elektromotoren mit Strom versorgt, ist eine Dynamomaschine zu diesem Zweck notwendig, der Generator (Vordermaschine, Primärmaschine, Stromerzeuger), der dem Motor (Rezeptor, Hintermaschine, Sekundärmaschine) den Strom zuführt. Beide Maschinen müssen gleicher Art sein, und so muß ein Hauptstrommotor durch eine Hauptstrommaschine (s. Elektrische Maschinen, S. 637), ein Nebenschlußmotor durch eine Nebenschlußmaschine, ein einphasiger Wechselstrommotor und ein Drehstrommotor durch den entsprechenden Generator angetrieben werden. Andre E. wie diese vier kommen nicht zur Verwendung. Hauptstrommotoren drehen sich immer in entgegengesetzter Richtung wie ihre Generatoren.

Fig. 1. Elektromotor für Eisenbahnen.

Man verwendet sie zweckmäßig, wenn jeder Motor seinen Generator hat und der erstere bei großer Belastung langsam, bei geringer schnell laufen soll, aber auch dann, wenn öftere Ein- und Ausschaltung der Belastung notwendig ist. Der erstere Fall tritt z. B. ein, wenn eine in größerer Entfernung aufgestellte Pumpe in dauernder Tätigkeit gehalten werden soll, der zweite namentlich bei elektrischen Eisenbahnen. Für diese muß der Elektromotor nach außen vollständig abgeschlossen sein. Das geschieht mittels eines eisernen verschraubten Gehäuses, das zugleich das Joch der Feldmagnete abgibt. Fig. 1 zeigt einen solchen Elektromotor der Elektrizitätsgesellschaft Union mit aufgeklapptem Gehäuse für eine Spannung von 500 Volt. Der Anker ist ein Trommelanker und überträgt seine Bewegung durch ein rechts sichtbares Zahnrad auf die Radachse, deren Lager an das Gehäuse angegossen sind. Im Gehäuse sieht man den einen der vier Elektromagnete mit seiner Wickelung. – Nebenschlußmotoren werden stets dann angewendet, wenn von einer elektrischen Zentrale mit unveränderlicher Spannung aus neben Lampen auch kleine E. zum Betrieb von Werkzeugmaschinen u. dgl. in Bewegung gesetzt werden sollen. Sie drehen sich in dem nämlichen Sinne wie der Generator. Sie regeln sich bei geringen Geschwindigkeitsänderungen selbst und können, da sie leer laufend nur eine ganz geringe Energiemenge verbrauchen, stets an das Netz angeschlossen bleiben. – Wechselstrom- und Drehstrommotoren vertragen wie ihre Generatoren hohe Spannungen und ermöglichen bei einer Arbeitsübertragung auf weite Entfernungen die Anwendungen eines großen Widerstand leistenden dünnen Drahtes. Da nämlich nach dem Ohmschen Gesetz die Stromstärke gleich dem Quotienten aus Spannung durch Widerstand ist, so muß, wenn der Widerstand groß werden, die Stromstärke aber ihren Wert behalten soll, auch die Spannung sich erhöhen. Die Möglichkeit, einen dünnen Draht zu verwenden, macht aber die Leitung und damit die ganze Anlage viel billiger. Von der Anwendung der Wechselstrommotoren ist man freilich vielfach abgekommen, da diese nur dann wirken können, wenn sie genau so rasch, wie der Generator, mit diesem synchron laufen, wenn somit die von diesem kommenden Stromstöße regelmäßige Bewegungsantriebe geben können. Sie müssen also immer erst in Bewegung gesetzt werden, ehe sie an den Generator angeschlossen werden können, und bleiben stehen, wenn die Belastung plötzlich vergrößert wird. Man wird also asynchrone Motoren vorziehen, und als solche eignen sich ganz besonders die Drehstrommotoren. Sie sowohl als ihre Generatoren haben auf dem eisernen Ankerkern drei Wickelungen, von denen Drähte in Abständen von 120° zu Ringen gehen, auf denen drei Bürsten schleifen. Die aus letztern in die Leitungsdrähte eintretenden Ströme haben aber die bemerkenswerte Eigenschaft, daß stets die in zwei Drähten vorhandenen Ströme von derselben Stärke sind wie der den dritten Draht durchlaufende Strom, aber von entgegengesetzter Richtung. Legt man sie an den ebenso gewickelten eisernen Ring des Motors (dessen Ständer oder Stator), so wird in dessen Umgebung ein magnetisches Feld erzeugt, das, wie die Stromstärken, in der Wickelung des Ständers rotiert und deshalb Drehfeld genannt wird. Bringt man innerhalb des Ständers als Motoranker einen Eisenring an, der mit einer einzigen, in sich zurücklaufenden Wickelung versehen ist, so gerät dieser in dauernde Drehung, wird zum Läufer oder Rotor. Denn in der Wickelung werden durch das Drehfeld Ströme induziert, die dieses anzieht und sie ihm zu folgen zwingt. Die Geschwindigkeit des Feldes kann der Läufer nicht erreichen, weil sonst die Induktion aufhören würde. Die Größe, um die er hinter dem Feld zurückbleibt, heißt seine Schlüpfung, sein Schlipf oder Schlupf. Sie ist bei Beginn der Bewegung sehr groß, der induzierte Strom wird dann sehr stark und dem Läufer gefährlich. Um dem entgegenzuwirken, muß das Anlassen des Motors ganz langsam geschehen, es muß auch bei größern Motoren in den Läufer beim Aulassen ein Widerstand eingeschaltet werden, der erst wieder ausgeschaltet wird, wenn der Läufer seine volle Geschwindigkeit erreicht hat. Als Anlaßwiderstand benutzt man eine dreieckige Eisenscheibe, die langsam in Natronlauge getaucht wird. Dabei wird der eingetauchte Querschnitt langsam größer, bis die Scheibe mit dem Metall des Gefäßes in Berührung kommt und den Widerstand der Flüssigkeit nun ausschließt. Bei kleinern Motoren genügt dies, bei größern, wie bei einem solchen der Allgemeinen Elektrizitäts-Gesellschaft (Fig. 2), ist überdies noch ein Widerstand im Innern des Läufers angebracht.

Fig. 2. Drehstrommotor der Allgemeinen Elektrizitäts-Gesellschaft, Modell HD für Leitungen bis 125 Pferdestärken.

Er wird eingeschaltet, wenn mittels des vorn sichtbaren Handgriffs die Bürsten von den Ringen gehaben werden, ausgeschaltet, wenn man diese auf die Ringe legt. Unter Benutzung der Zentrifugalkraft lassen Siemens u. Halske die Widerstände automatisch ein- und ausschalten.