Der Elektromotor

AGH

Fach: Physik, SIII

Erstellt von Heinrich Bier

Gliederung

1. Magnetismus, Funktion einer Spule2. Aufbau des Elektromotors3. Gleichstrom und Drehstromelektromotoren4. Vor- und Nachteile gegenüber

Wärmekraftmaschinen (Ottomotor, Dieselmotor)

5. Einsatz von Elektromotoren in Elektroautos

6. Elektromotor als Zukunftsantrieb?

Magnetfeld eines stromdurchflossenen

LeitersTechnische Stromrichtung: vom Pluspol zum Minuspol.

Physikalische Stromrichtung: Elektronen fließen vom Minuspol zum Pluspol.

Ein Stromdurchflossener Leiter ist immer von einem Magnetfeld umgeben.

Magnetfeld einer Spule

Das Feld einer Spule, entspricht dem eines Stabmagneten.

Magnetfeld kann durch einen Eisenstab verstärkt werden.

Magnetismus als Teilgebiet der

Elektrizitätslehre

„Magnetische Kraftlinien suchen sich zu verkürzen und gegenseitig abzustoßen. Dies äußert sich als Kraft auf die Körper, die das Feld erzeugen.“ (Dorn Physik Oberstufe S.183)

„Der Magnetismus ist eine elektrische Erscheinung, nämlich die Wirkung von bewegten Ladungen auf andere bewegte Ladungen.“ (Dorn Physik Oberstufe S.192)

Der Gleichstromelektromotor

Das Drehspuleninstrument

Bild „a“ I=0

Bild „b“

Der Nordpol der Spule liegt vorn; er wird nach links zum Südpol des Hufeisenmagnetes gezogen.

Quelle: Dorn, Bader Physik Mittelstufe S.305

Der Gleichstromelektromotor

Quelle: Dorn, Bader, Physik Mittelstufe S.336

Der Drehstrommotor(Synchronmotor)

Quelle: berufsschule1ab.de

Beispielrechnung

Berechnung der elektrischen Leistung beim Gleichstromelektromotor.

Pel=U*I Pel in [W] U in [V] I in [A]U=18V I=50A Pel= 18V*50APel=900 Watt

Der Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad beschreibt die Effizient von Energieumwandlungen.

Verhältnis zwischen Nutzenergie und zugeführter Energie.

Eta als dimensionslose Größe

Ohne Maßeinheit

Zwischen 0 und 1

Bzw. 0% und 100%

Notiz: Leistung = Energie / Zeit Energie = Leistung x Zeit

Berechnen der Wellenleistung

Pw = U * I *

U=18V I=50A

Pw =18V*50A*0,85

Pw= 765W

= 0,85

Vor, - und Nachteile des Elektromotors

Vorteile Nachteile (indirekt)

hoher Wirkungsgrad (besonders bürstenlose Motoren)

Niedrige Energiedichte von Akkumulatoren

Kein Anlassvorgang erforderlich

Verschlechterung der Akkuleistung bei *

Geräuscharm * niedrigen Temperaturen

Bremsenergie kann zur Stromquelle (Akku) zurückgeführt werden

wenig Verschleißteile

wenig Vibrationen

Arbeitsweise Viertakt Ottomotor

1 Takt: Ansaugen

2 Takt: Verdichten

3 Takt: Arbeitstakt

4 Takt: Ausstoßen

Zündung erfolgt in der Regel vor dem OT

Vor, - und Nachteile des Ottomotors*1 und

Dieselmotors

Vorteile Nachteile

Geringes Leistungsgewicht (kg/kW)

hoher Wartungsaufwand

Geringe Größe hoher Verschleiß

Niedrige Baukosten*1 benötigt einen Anlasser

Lärmbelastung

Nachteile: Anteile des Treibstoffs werden unver-

geringer Wirkungsgrad 35%* Ottomotor 40%* Dieselmotor

brannt ausgestoßen *(Dorn, Physik S. 162)

Verluste beim Otto, -und Dieselmotor

Wirkungsgrade hintereinander geschalteter Geräte werden grundsätzlich multipliziert.

Quelle: Dorn, Bader, Physik Mittelstufe S. 162

Unverbrannter Kraftstoff beim Benzin und

Dieselmotor

Idealfall:Vollkommene Verbrennung des eingesetzten Treibstoffs.

Hohe Drehzahlen ergeben kurze Gasaustauschzeiten im Zylinder. Nicht jedes Benzinmolekül reagiert mit dem Sauerstoff und wird unverbrannt ausgestoßen.

Verbrauch bei hohen Geschwindigkeiten

Quelle: http://www.motor-talk.de

Verbrauch bei hohen Geschwindigkeiten

v in [m/s] geht quadratisch in die Formel für den Luftwiderstand ein.

Quelle: http://www.thomasprenosil.de/119773.html und http://www.auto-bild.de

Elektromotor als Zukunftsantrieb ?

Bürstenlose Elektromotoren haben einen hohen Wirkungsgrad und geringes Leistungsgewicht (kg/kW)

Weiterentwicklung von Akkumulatoren, bzw. der Brennstoffzelle, wird die Verbreitung des Elektroautos begünstigen

These: Umstieg der Bürger auf Elektroautos aus

Kostengründen

Pionier: Die „Elektrische Viktoria“ im Jahr 1905

Quelle: http://www.siemens.de/elektromobilitaet/elektromobilitaet.html

Pionier: Die „Elektrische Viktoria“ im Jahr 1905

„Das Kapitel Elektroauto wurde von Siemens bereits 1905 geöffnet: Die „Elektrische Viktoria“, die in etwa 50 Exemplaren als elegantes Hoteltaxi und Lieferwagen im Alltagseinsatz war, fuhr mit einer Geschwindigkeit von bis zu 30 km/h und konnte mit einer Batterieladung rund 80 km zurücklegen.“

Quelle: http://www.siemens.de/elektromobilitaet/elektromobilitaet.html

„Merkel optimistisch: Eine Million Elektroautos bis 2020“

Quelle: focus.de

(Nach mehr als 100 Jahren seit der Einführung der ersten Elektroautos !)

Fazit

Anhang

Anhang („Die Brennstoffzelle“)

Quelle: www.strom-guenstiger.de