Wie sieht die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie eines Gleichstrommotors mit Kohlebürsten aus?

Als Lieferant von Gleichstrommotoren mit Kohlebürsten habe ich aus erster Hand erfahren, wie wichtig es ist, die Drehmoment-Drehzahl-Kurve im Bereich von Motoranwendungen zu verstehen. Diese Kurve ist ein grundlegendes Merkmal, das viel über die Leistung und Eignung eines Motors für verschiedene Aufgaben verrät. In diesem Blog werde ich näher darauf eingehen, wie die Drehmoment-Drehzahl-Kurve eines DC-Kohlebürstenmotors aussieht, warum sie wichtig ist und wie sie sich auf verschiedene Anwendungen auswirkt.

Die Grundlagen eines DC-Kohlebürstenmotors verstehen

Bevor wir uns mit der Drehmoment-Drehzahl-Kurve befassen, werfen wir einen kurzen Blick auf die Funktionsweise eines Gleichstrommotors mit Kohlebürsten. Ein DC-Kohlebürstenmotor besteht aus einem Stator (dem stationären Teil) und einem Rotor (dem rotierenden Teil). Der Stator enthält typischerweise Permanentmagnete oder Elektromagnete, die ein Magnetfeld erzeugen. Der Rotor hingegen besteht aus Drahtspulen, die elektrischen Strom leiten. Wenn bei Vorhandensein des Magnetfelds Strom durch die Spulen fließt, wird gemäß dem Lorentz-Kraftgesetz eine Kraft erzeugt, die den Rotor in Drehung versetzt.

Eine entscheidende Rolle spielen dabei die Kohlebürsten. Sie stehen in Kontakt mit dem Kommutator, einem segmentierten Ring am Rotor. Die Bürsten übertragen elektrischen Strom von der Stromquelle zu den Rotorspulen und sorgen so dafür, dass sich die Stromrichtung in den Spulen zum richtigen Zeitpunkt ändert, damit der Rotor kontinuierlich rotiert.

Was ist die Drehmoment-Geschwindigkeits-Kurve?

Die Drehmoment-Drehzahl-Kurve ist eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Drehmomentabgabe und der Drehzahl eines Motors. Es zeigt, wie sich das Drehmoment des Motors ändert, wenn seine Drehzahl unter verschiedenen Betriebsbedingungen variiert. Bei einem Gleichstrommotor mit Kohlebürsten weist diese Kurve typischerweise eine negative Steigung auf, was bedeutet, dass mit zunehmender Drehzahl des Motors die Drehmomentabgabe abnimmt und umgekehrt.

Die Kurve kann in mehrere Bereiche mit jeweils eigenen Merkmalen unterteilt werden:

Nein – Ladegeschwindigkeit

Am äußersten rechten Ende der Kurve befindet sich die Leerlaufgeschwindigkeit. Dies ist die Geschwindigkeit, mit der sich der Motor dreht, wenn keine externe Last anliegt. In diesem Zustand muss der Motor lediglich seine eigene innere Reibung und Trägheit überwinden. Die Leerlaufdrehzahl wird durch die Konstruktion des Motors bestimmt, beispielsweise durch die Anzahl der Windungen in den Spulen, die Stärke des Magnetfelds und die angelegte Spannung.

Stillstandsdrehmoment

Am äußersten linken Ende der Kurve befindet sich das Stillstandsdrehmoment. Dies ist das maximale Drehmoment, das der Motor erzeugen kann, wenn seine Drehzahl Null ist, dh wenn der Rotor an der Drehung gehindert wird. Das Stillstandsdrehmoment wird durch die elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Motors begrenzt, beispielsweise durch den maximalen Strom, der ohne Überhitzung durch die Spulen fließen kann, und durch die Stärke des Magnetfelds.

Betriebsregion

Zwischen der Leerlaufdrehzahl und dem Stillstandsdrehmoment liegt der Betriebsbereich des Motors. In diesem Bereich kann der Motor zum Antrieb verschiedener Lasten verwendet werden. Der konkrete Betriebspunkt auf der Kurve hängt von den Lastanforderungen ab. Wenn beispielsweise eine Anwendung mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl erforderlich ist, arbeitet der Motor näher am Punkt des Stillstandsdrehmoments. Umgekehrt arbeitet der Motor bei einer Anwendung mit hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment näher am Leerlaufdrehzahlpunkt.

Warum die Drehmoment-Geschwindigkeitskurve wichtig ist

Das Verständnis der Drehmoment-Drehzahl-Kurve ist aus mehreren Gründen wichtig:

Anwendungsauswahl

Unterschiedliche Anwendungen haben unterschiedliche Drehmoment- und Drehzahlanforderungen. Zum Beispiel in einemBürstenloser Gleichstrom-Rolltormotor mit Bremse, muss der Motor ein ausreichendes Drehmoment zum Heben und Senken der schweren Tür bereitstellen, insbesondere beim Starten und Stoppen. Durch die Analyse der Drehmoment-Drehzahl-Kurve können Ingenieure einen Motor auswählen, der diese Anforderungen erfüllt. Ebenso für aBürstenloser DC-Rolltormotor mit AntriebMithilfe der Kurve lässt sich ermitteln, wie sich der Motor unter verschiedenen Lastbedingungen und mit dem Antriebssystem verhält.

Systemdesign

Die Drehmoment-Drehzahl-Kurve beeinflusst auch das Gesamtsystemdesign. Es hilft bei der Dimensionierung anderer Komponenten wie Zahnräder, Riemen und Riemenscheiben. Wenn der Motor an einem Punkt mit niedrigem Drehmoment und hoher Drehzahl auf der Kurve arbeitet, kann ein Getriebe erforderlich sein, um das Drehmoment zu erhöhen und die Drehzahl entsprechend den Lastanforderungen zu verringern. Wenn der Motor andererseits mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl betrieben wird, muss das System möglicherweise für die Bewältigung des hohen Drehmoments ausgelegt werden.

Effizienzoptimierung

Der Wirkungsgrad eines Gleichstrommotors mit Kohlebürsten variiert entlang der Drehmoment-Drehzahl-Kurve. Durch den Betrieb des Motors am optimalen Punkt der Kurve kann die Gesamtsystemeffizienz maximiert werden. Dies reduziert nicht nur den Energieverbrauch, sondern verlängert auch die Lebensdauer des Motors. Zum Beispiel einKleiner DC-BürstenmotorWird es in einem batteriebetriebenen Gerät verwendet, muss es effizient arbeiten, um die Batterielebensdauer zu verlängern.

Faktoren, die die Drehmoment-Geschwindigkeits-Kurve beeinflussen

Mehrere Faktoren können die Form und Position der Drehmoment-Drehzahl-Kurve eines Gleichstrommotors mit Kohlebürsten beeinflussen:

Angelegte Spannung

Die angelegte Spannung hat direkten Einfluss auf die Leistung des Motors. Eine Erhöhung der Spannung erhöht im Allgemeinen sowohl die Leerlaufdrehzahl als auch das Stillstandsdrehmoment. Dies liegt daran, dass bei einer höheren Spannung mehr Strom durch die Spulen fließen kann, was wiederum eine stärkere Magnetkraft erzeugt. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass eine Erhöhung der Spannung über den Nennwert des Motors hinaus zu Überhitzung und Schäden am Motor führen kann.

Magnetische Feldstärke

Die Stärke des Magnetfelds im Motor beeinflusst auch die Drehmoment-Drehzahl-Kurve. Ein stärkeres Magnetfeld kann das Stillstandsdrehmoment und die Gesamtdrehmomentabgabe bei allen Geschwindigkeiten erhöhen. Dies kann durch den Einsatz stärkerer Permanentmagnete oder durch eine Erhöhung des Stroms in den Statorspulen im Falle eines Elektromagneten erreicht werden.

Ankerwiderstand

Der Ankerwiderstand des Motors beeinflusst die Steigung der Drehmoment-Drehzahl-Kurve. Ein höherer Ankerwiderstand führt zu einem steileren Anstieg, d. h. das Drehmoment nimmt mit steigender Drehzahl schneller ab. Dies liegt daran, dass ein höherer Widerstand einen stärkeren Spannungsabfall am Anker verursacht, wodurch die effektive Spannung, die zur Drehmomenterzeugung zur Verfügung steht, verringert wird.

Anwendungen aus der Praxis

Gleichstrom-Kohlebürstenmotoren mit ihren einzigartigen Drehmoment-Drehzahl-Eigenschaften werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt:

Automobilindustrie

In Autos werden diese Motoren in verschiedenen Systemen wie Scheibenwischern, elektrischen Fensterhebern und Sitzverstellungen eingesetzt. Die Drehmoment-Drehzahl-Kurve trägt dazu bei, dass die Motoren die nötige Kraft aufbringen können, um die Komponenten reibungslos und effizient zu bewegen. Beispielsweise muss der Motor eines elektrischen Fensterhebers über genügend Drehmoment verfügen, um die schwere Fensterscheibe anzuheben und abzusenken, insbesondere beim Starten und Stoppen.

Robotik

Roboter verwenden häufig Gleichstrommotoren mit Kohlebürsten für ihre Gelenke und Aktuatoren. Die Fähigkeit, Drehmoment und Geschwindigkeit präzise zu steuern, ist entscheidend für die Bewegung und Manipulation des Roboters. Durch das Verständnis der Drehmoment-Drehzahl-Kurve können Ingenieure Roboter entwerfen, die Aufgaben mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit ausführen können.

Unterhaltungselektronik

Viele Geräte der Unterhaltungselektronik, wie elektrische Zahnbürsten, Rasierer und Ventilatoren, verwenden Gleichstrommotoren mit Kohlebürsten. Mithilfe der Drehmoment-Drehzahl-Kurve können Hersteller die Leistung des Motors für die jeweilige Anwendung optimieren und so ein gutes Gleichgewicht zwischen Stromverbrauch und Funktionalität gewährleisten.

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Drehmoment-Drehzahl-Kurve eines DC-Kohlebürstenmotors ein wichtiges Hilfsmittel zum Verständnis seiner Leistung und zur Auswahl des richtigen Motors für eine bestimmte Anwendung ist. Als Lieferant von Gleichstrommotoren mit Kohlebürsten sind wir bestrebt, unseren Kunden Motoren zu liefern, die ihren spezifischen Drehmoment- und Drehzahlanforderungen entsprechen. Ob Sie ein benötigenBürstenloser Gleichstrom-Rolltormotor mit Bremse, ABürstenloser DC-Rolltormotor mit Antrieb, oder einKleiner DC-BürstenmotorUnser Expertenteam kann Ihnen dabei helfen, die beste Wahl zu treffen.

Wenn Sie mehr über unsere Produkte erfahren möchten oder spezifische Anforderungen an Ihr Projekt haben, empfehlen wir Ihnen, uns für die Beschaffung und weitere Gespräche zu kontaktieren. Wir freuen uns darauf, gemeinsam mit Ihnen die perfekte Motorlösung für Ihre Anforderungen zu finden.

Referenzen

• Fitzgerald, AE, Kingsley, C. & Umans, SD (2003). Elektrische Maschinen. McGraw - Hill.
• Chapman, SJ (2012). Grundlagen elektrischer Maschinen. McGraw - Hill.