Wie funktionieren Gleichstrommotoren?

DC-Motoren wandeln elektrische Energie in mechanische Bewegung um, indem sie die Wechselwirkung zwischen Magnetfeldern und stromführenden Leitern nutzen, und arbeiten nach dem grundlegenden Prinzip der elektromagnetischen Kraft. Ihre Funktionalität beruht auf der koordinierten Aktion zwischen den Kernkomponenten und dem gesteuerten Stromfluss.

Ein typischer DC-Motor besteht aus vier Hauptteilen:

Der Betrieb des Motors entfaltet sich in drei aufeinanderfolgenden Phasen:

Wenn sie mit Strom versorgt wird, erzeugt der Stator (Permanentmagneten oder energisierte Feldwicklungen) ein stabiles Magnetfeld mit Nord (N) und Süd (S) Polen, wobei die magnetischen Kraftlinien von N nach S fließen.

Externe DC-Strom fließt durch die Bürsten, den Kommutator und in die Ankerwicklungen, wodurch sie zu stromführenden Leitern werden. Diese Leiter, die im magnetischen Feld des Stators eingetaucht sind, erfahren eine mechanische Kraft, wie sie durch Flemings Linke-Hand-Regel beschrieben wird: Wenn der Daumen, der Zeigefinger und der Mittelfinger rechtwinklig ausgestreckt sind, wobei der Zeigefinger in Richtung des Magnetfeldes (N nach S) und der Mittelfinger in Richtung des Stroms zeigt, zeigt der Daumen die Richtung der Kraft auf den Leiter an.

Die Kraft auf den Ankerwicklungen erzeugt Drehmoment und initiiert die Rotorrotation. Während sich der Rotor dreht, dreht sich der Kommutator mit ihm. Wenn die Wicklungen eine Position erreichen, die senkrecht zum Magnetfeld steht (neutrale Ebene), wechseln die Kommutatorsegmente den Kontakt mit den Bürsten und kehren die Stromrichtung in den Wicklungen um. Diese Umkehrung stellt sicher, dass die Kraft auf den Wicklungen in der gleichen Rotationsrichtung bleibt und eine kontinuierliche Bewegung aufrechterhält.

Zusammenfassend nutzen DC-Motoren elektromagnetische Kraft und durch Kommutatoren gesteuerte Stromumkehr, um elektrische Energie in kontinuierliche mechanische Rotation umzuwandeln, was sie in Anwendungen, die kontrollierte Bewegung erfordern, von kleinen Geräten bis hin zu Industriemaschinen unverzichtbar macht.

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