Elektrische Maschinen sind in den unterschiedlichsten Bauformen zu finden. Die folgende Beschreibung beschränkt sich auf die gebräuchlichste Bauform für rotierende Elektromaschinen.

Diese Bauform enthält die folgenden Elemente:

• Den Ständer oder Stator mit Spulenwicklungen
• Den Läufer oder Rotor mit Spulenwicklungen oder in sich kurzgeschlossener "Käfigwicklung"
• Die Welle
• Das -meist zylinderförmige- Gehäuse
• Die Lagerschilde mit Wellenlagern
• Die Klemmen

Wie die Namen bereits nahelegen, ist der Ständer das mechanisch ruhende, der Läufer das rotierende Element der Maschine. Der Ständer besteht grundsätzlich aus aufeinandergeschichteten, formgestanzten Eisenblechen mit einer Isolierbeschichtung. Die Form der Bleche führt zu einem Hohlzylinder für den Läufer und Längs-Aussparungen für die isolierten Kupferdrahtspulen bzw. "Wicklungen". In dem fertigen Zustand sind die Wicklungen Bestandteil des Stators. Zu dem Schutz und zur mechanischen Befestigung hat der Stator auch ein äußeres Gehäuse. Der Sinn der Eisenblechpakete ist, durch deren Einzel-Isolierung innere energieverzehrende Wirbelströme in dem Eisen zu begrenzen.

Der zylindrische Läufer besteht ebenfalls aus aufeinandergeschichteten Eisenblechpaketen mit Spulenwicklungen sowie der Welle bzw. Laufachse. Bei Drehstrommotoren werden die "Wicklungen" durch Aluminium-Druckgußverfahren als vereinfachte "Stabwicklung" in die Läuferblechpakete eingepresst. Dabei werden gleich Kühllüfter-Lamellen mit angegossen. Es mag die Funktionsweise erhellen, dass als Läufer in einem Drehfeld auch eine leere Konservendose mit durchgesteckter Achse geeignet ist.

Das zylinderförmige Gehäuse hat an seinen Stirnseiten die Lagerschilde mit den mittig angeordneten Wellenlagern. Diese sind zumeist Kugel- oder Gleitlager; bei besonderen Bauformen werden aber auch hydraulische oder pneumatische Lagerungsverfahren angewandt.

Von den Statorspulen und eventuell dem Kommutator (siehe unten) gehen Verbindungsleitungen zu den Klemmen am äußeren Gehäuse, über die die Wicklungen an das Stromversorgungsnetz angeschlossen werden.

Ständerwicklung und Läuferwicklungen erzeugen bei Stromdurchfluss das magnetische Haupt- bzw. Erregerfeld. Man unterscheidet außen- und innenerregte Maschinen. Bei Außenerregung wird das Erregerfeld in dem Ständer erzeugt; in dem Läufer wird das Hauptfeld erzeugt. Bei innenerregten Maschinen ist es umgekehrt.

Allen elektrischen Maschinen ist gemein, dass in irgendeiner Weise ein Magnetfeld erzeugt wird, welches mit einem weiteren Magnetfeld wechselwirkt. Das Magnetfeld, das dem Hauptfeld zur Wechselwirkung zur Verfügung steht, wird als Erregerfeld genannt: Die Maschine muss zu dem Leben erweckt, also "erregt" werden, damit die Magnetfelder mechanische Kräfte aufeinander ausüben können.

Zum besseren Verständnis ein Gedankenexperiment:
Man stelle sich einen Hufeisenmagneten vor, zwischen dessen Polen ein Stabmagnet drehbar gelagert ist. Dreht man den Hufeisenmagneten um, so wird sich der Stabmagnet immer so ausrichten, dass sein Südpol zu dem Nordpol des Hufeisenmagneten zeigt und umgekehrt. Beginnt man nun, den Hufeisenmagneten kontinuierlich zu drehen, so wird der Stabmagnet dieser Drehbewegung folgen. Denkt man sich nun die Magnete weg und lässt ca. die von ihnen verursachten Felder übrig, so hat man ein Drehfeld. Ein solches Feld muss nun in ausnahmslos jeder elektrischen Maschine erzeugt werden, um auch eine mechanische Drehbewegung erhalten zu können. Im Generatorbetrieb geschieht das Umgekehrte: Aus einer mechanischen Drehbewegung wird ein magnetisches Drehfeld erzeugt, welches eine Drehspannung induziert.

Grundsätzlich kann die Drehbewegung auf zwei Arten erzeugt werden:

- In Drehstrommaschinen werden in dem Stator drei Wicklungsstränge in dem geometrischen Winkel von 120° kreisförmig zueinander angeordnet und jede Wicklung an je einen Leiter eines dreiphasigen Drehstromsystems angeschlossen. Da die fortlaufend veränderten Spannungen in den drei Leitern bzw. den Spulenwicklungen zeitlich um je eine Drittelperiode gegeneinander verschoben sind, ist das resultierende Magnetfeld ein Drehfeld.

Der Läufer hat Kurzschluß-Spulen in denen durch das äußere Drehfeld ein sich ebenfalls fortlaufend änderndes Gegen-Magnetfeld erzeugt wird. Die beiden Magnetfelder haben das Bestreben, sich zu einem gleichpoligen Feld zu vereinigen und üben dazu eine Kraft auf den Läufer aus, die ihn mit seinem eigenen Feld fortlaufend in Richtung des wechselnden Statorfeldes dreht.

Drehstrommaschinen werden entweder als Synchron- oder Asynchronmaschine gebaut. In der praktischen Ausführung werden meist statt ca. drei Spulen jeweils Vielfache davon als Einzelspulen eingearbeitet und miteinander verbunden.

- In Gleichstrommaschinen (auch Allstrommaschinen oder Kollektormaschinen) sind auf der Welle Schleifringe angebracht, deren metallene Lamellen-Kontaktflächen mit den Spulen des Läufers verbunden sind. Über festmontierte Schleifkontakte am Gehäuse wird den Läuferspulen Strom zugeführt. Dieses Element bezeichnet man als Kommutator (=(Strom-)Wender) oder auch Kollektor.

Mit den stromdurchflossenen Ständer-Wicklungen wird ein statisches Gleichfeld erzeugt. Die ebenfalls stromdurchflossenen Läuferwicklungen erzeugen ein eigenes Magnetfeld, dessen genaue Lage von der momentanen Lage des Läufers abhängt.
Die beiden Magnetfelder haben jetzt das Bestreben, sich zu einem gleichpoligen Feld zu vereinigen und üben dazu eine Kraft auf den Läufer aus, die ihn mit seinem eigenen Feld in Richtung des Statorfeldes dreht. In dem Läufer sind jedoch mehrere getrennte Spulen angebracht, die jeweils mit eigenen Schleifring-Lamellen am Kommutator verbunden sind. Kurz bevor die beiden Felder sich zu einem statischen Feld zusammenschließen können, wird durch die Drehbewegung der Stromfluß über die Schleifkontakte auf die nächstfolgende Spule umgeleitet, deren Magnetfeld jetzt wiederum "quer" zu dem Erregerfeld liegt. So wird fortlaufend eine Kraft auf den Läufer ausgeübt, die zur Drehbewegung resultiert.

Gleichstrommaschinen sind hauptsächlich Gleichstrommotoren.
Eine Sonderform ist die Unipolarmaschine, ein Generator zur Erzeugung großer Gleichströme.

Wechselstrommaschinen sind häufig genauso beschaffen wie Gleichstrommaschinen, da der gleichzeitige Spannungswechsel in Ständer- und Läuferwicklung praktisch zu der gleichen Wirkung wie "echter" Gleichstrombetrieb führt. Während jedoch Gleichstrommaschinen wie z.B. in dem Auto häufig für niedrige Spannungen und hohe Ströme ausgelegt werden, müssen Wechselstrommaschinen für das 230-Volt-Energieversorgungsnetz für höhere Spamnnungen, dabei aber kleinere Ströme ausgelegt werden.

Bei kleineren Wechselstrommaschinen wird dagegen z.B. mit einer zusätzlichen Wicklung und einem zusätzlichen Pol in dem Ständerblechpaket, sowie einem Phasenverschiebungs-Kondensator ein unvollkommenes, asymmetrisches Drehfeld erzeugt, das ausreicht, um einen Kurzschluß-Läufer versorgungs-aufwendigen Kommutator zu drehen (Spaltpolmotor).

Es gibt 2 Arten von Drehstrommaschinen: Die Synchronmaschine und die Asynchronmaschine.

Asynchronmaschinen haben mit Bezug auf die Spulenschaltung "Kurzschluß"- oder Käfigläufer ohne Kommutatoren und Schleifringe. Sie funktionieren in der oben beschriebenen Weise. Kennzeichnend ist, dass der Läufer stets etwas langsamer (also asynchron) als das Drehfeld läuft, damit in ihm selbst durch die fortlaufende Magnetfeldänderung eine Gegenspannung induziert wird, die das läufer-eigene Gegen-Magnetfeld aufbaut. Sie sind äußerst leistungsfähig, robust und wartungsarm.

Bei den Synchronmaschinen werden dagegen über Kommutatoren und Schleifkontakte die Läufer-Wicklungen von dem gleichen Drehstrom versorgt wie die Ständerwicklungen. Ständer- und Läufer-Magnetfeld haben daher die gleiche Drehzahl, die bewirkt, dass der Läufer genauso schnell - also synchron - wie das Erregerfeld mitläuft.

Man unterscheidet zwischen den schnelldrehenden Vollpolmaschinen (in Kraftwerken) und den Schenkelpolmaschinen. Diese drehen langsamer, da sie eine größere Polzahl haben. Sie werden z.B. in Wasserkraftwerken eingesetzt.

Eine Sonderform der Synchronmaschinen sind die Servoantriebe. Sie werden in der Automatisierungstechnik eingesetzt, wo genau regelbare Drehzahlen gefordert werden. Sie besitzen einen Resolver zur Winkel- und Drehzahlmessung. Die Drehzahl wird mit veränderlicher Frequenz eingeprägt.

Elektrische Maschinen werden benutzt zur

• Erzeugung elektrischer Energie (Generator)
• Umwandlung von elektrischer Energie (Transformator),
• zur Verrichtung mechanischer Arbeit (Elektromotor)
• als verfeinerte Form mechanischer Arbeit auch zur Steuerung von Anlagen und Geräten

Die größten elektromagnetischen Energiewandler sind Kernkraftwerksgeneratoren (Synchronmaschinen) mit bis zu 1800 MW (in Entwicklung) bzw. 1600 MW (in Betrieb). Die größten Asynchronmaschinen sind die Speisewasserpumpen von Kernkraftwerken mit Nennleistungen von 10 bis 25 MW und die beiden Asynchron-Motor-Generatoren des Pumpspeicherwerkes Goldisthal/BRD mit einer Leistung von je 325 MW mit variabler Drehzahl. Typische Mittelmaschinen in dem Industrieeinsatz haben Nennleistungen in dem Bereich von 10 bis 500 kW. In dem Privathaushalt (z.B. Küchengeräte, Staubsauger etc.) sind Motorenleistungen von 100 W bis 2 kW üblich. Für Steuerungsaufgaben und andere Zwecke gibt es auch Maschinen mit ca. wenigen Watt Leistung.

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