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Der Kleinstmotor ist als Wandler konzipiert, der über die Klemmen zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie umsetzt und diese über die Welle an das Triebwerk weitergibt. Da der Wirkungsgrad für diesen Prozeß bei Kleinstmotoren meist weit unterhalb 100% liegt, gibt der Motor neben der Wellenleistung Pm noch dazu Verlustleistungen ab. Die Verlustleistungen werden in einem späteren Punkt noch einem detaillierter behandelt.
Für den Motor gilt grundsätzlich PElektrisch = PMechanisch + PWärme + PSchall + PFrequenz
Bild der Energieströme Bild 1.3 Seite 18
Kleinstmotorenbuch
Die mechanisch vom Motor abgegebene Leistung Pm läßt sich aus Motordrehzahl nm und dem Drehmoment Mm errechnen:
Pm = 2 x nm x Mm = m x Mm
wobei die Größe m als Winkelgeschwindigkeit bezeichnet wird.
Jedes Triebwerk hat einen von der Winkelgeschwindigkeit t abhängigen Drehmomentenbedarf Mt. Man sieht in dem Bild unterhalb die Mt Kennlinie eines Lüfters strichpunktiert dargestellt. Der Drehmomentbedarf Mt steigt hier mit dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit t an. Auch der Motor gibt bei jeder Winkelgeschwindigkeit m ein charakteristisches Moment Mm ab. In dem 2. Bild sieht man das Zusammenspiel eines Kleinstmotors mit einem Lüfter höheren Momentenbedarfs.. Hierbei ergeben sich die Schnittpunkte B, C, und D zwischen Motor- und Lüfterkennlinie. Es kann sich hier nach dem Einschalten nur der stationäre Betriebspunkt B einstellen. Erhöht man aber die Spannung um das Drehmoment zu steigern, dann wird der Antrieb zu einer größeren Drehzahl hochlaufen wo er momentan wieder einem stabilen Arbeitspunkt erreicht und diesen auch halten kann, wenn man die Betriebsspannung wieder absenkt. Dieser Antrieb arbeitet aber unbefriedigend, da zwei Zustände möglich sind.
Der Betriebspunkt C wird sich nicht einstellen. Das heißt, der ganze Zustand ist labil. Da bei einer minimalen Abweichung von der Drehzahl in Punkt C entweder sofort ein Hochlaufen nach D oder ein Absinken der Drehzahl nach Punkt B erfolgt.
In diesem Beispiel wurde soeben verdeutlicht, daß Kleinstmotoren und Antrieben miteinander kombiniert entworfen und eingesetzt werden müssen. Jeder Kleinstmotor ist nur mit einem eigens bestimmten Antrieb kompatibel.
In der Waschmaschine ist eine anderer Motor als im Geschirrspüler. Jeder Motor hat andere Anforderungen.
Im Bereich der Kleinstmotoren fällt es schwer einfach einen Universalmotor nehmen und anzuschließen. Solche Aktionen funktionieren in höherleistigeren Systemen.
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Die Anforderungen an einen Kleinstmotor sind:
a. Die Anpassung an die Energiequelle.
Es stehen zu Verfügung das Wechselstromnetz, das Gleichstromnetz bei Fahrzeugen und
netzunabhängigm Betrieb.
Kleinstmotoren müssen so ausgelegt sein, daß sie bei -15% bis +6% ausreichend arbeiten.
b. Das Drehmoment
Der Kleinstmotor muß nicht nur bei stationären Betrieb das notwendige Drehmoment aufbringen können, sondern er muß auch beim Anlaufvorgang den notwendigen Überschuß gegenüber dem Momentbedarf des Triebwerks zur Verfügung stellen, um einen schnellen Hochlauf zu leisten. Die Reibung von Triebwerken nimmt bei fallenden Temperaturen wegen der höheren Zähigkeit des Schmiermittels stark zu. Diesem Zustand muß bei der Festlegung des Anlaufdrehmoments Rechnung getragen werden.
c. Drehzahl
Bei Drehzahlmotoren ist die Drehzahl nm an die Frequenz f der Wechselspannung und an die Polpaarzahl des Motors gebunden. Für die Synchrondrehzahl ns gilt:
ns=f/p Im allgemeinem gilt keine Drehzahlen über 3000 U/min, es sei den die Drehzahlen werden mit einer eigenen Frequenzspeisung erzeugt.
Demnach sind nur ganz bestimmte Synchronzahlen erreichbar. Bei Motoren im oberen Leistungsbereich bevorzugt man p = 1, und bei geringe Leistungen werden hohe Polpaarzahlen bevorzugt. 16 / 24 polige Motoren.
Kommutator-Motoren sind für jede Drehzahl baubar. Forderungen nach hoher Drehzahl und hoher Leistung wird man hier gerecht, wenn man mechanische oder elektronische Regeleinrichtungen einsetzt.
d. Der Wirkungsgrad:
Ein hoher Wirkungsgrad wird bei Wechselstrom-Kleinstmotoren allgemein wegen der . niedrigen Kosten der Energie aus Netz nicht gefordert.
Grundsätzlich andere Bedingungen liegen beim Gleichstrommotor vor, der von Batterien . gespeist wird. Wegen der hohen Kosten der Batterieenergie werden von solchen Motoren .
hohe Wirkungsgrade erwartet.
Im Allgemeinem gilt =Pab/Pzu
Das heißt, es kommen noch hinzu
Die Ständer-Eisenverluste (PFe),
Die Ständer-Kupferverluste (PCu)
Die Rotor-Eisenverluste (PFe)
Die Rotor-Kupferverluste (PCu)
Weiters gibt der Motor Energie in Form von Schall, mechanischen Schwingungen, . . . Wechselfelder sowohl magnetischer als auch elektrischer Art ab.
Diese ganzen Verluste führen schließlich zur Erwärmung des Motors. Um diese Wärme . abzuführen ist es zweckmäßig einen Kühleinrichtung installiert zu haben.
e. Wartung
Kleinstmotoren können im Allgemeinem ohne Wartung betrieben werden. Bei
Drehfeldmotoren wird die Lebenserwartung durch die Lager bestimmt.
Bürsten und Kommutator sind die Lebenserwartung bestimmenden Elemente bei
Kommutator-Motoren.
f. Motoraufbau
Der Motor sollte so aufgebaut sein, daß seine Abmessungen möglichst klein sind und sein
Gewicht möglichst gering ist. Die verwendeten Materialien müssen den
Temperaturbelastungen ausreichend widerstehen. Klimatische Einflüsse, insbesondere die
Luftfeuchtigkeit, dürfen zu keiner so weitgehenden Korrosion führen, daß
die Gebrauchstüchtigkeit des Motors beeinträchtigt wird.
g. Mechanische Schwingungen
Bei einer Vielzahl von Antrieben wird ein geringer Geräuschpegel gefordert. Hier muß man nicht unbedingt einen aufwendigen, schwingungsarmen Kleinstmotor vorsehen. Oft ist es zweckmäßiger, ein preisgünstigeren Motor einzusetzen und dessen störende, mechanische Schwingung vom Triebwerk zu isolieren.
h. Störfelder
Die Auswirkung elektromagnetischer Wechselfelder, die vom Motor ausgehend empfindliche Aufnahme und Verstärkereinrichtung des Triebwerks beeinflussen, können dadurch reduziert werden, daß man
den Motor so weit wie möglich von der Aufnahmeeinrichtung entfernt anordnet,
den Motor so lange dreht, bis er nur mit dem räumlichen Minimum seines Störfeldes
auf die Aufnahmeeinrichtung wirkt,
zwischen Motor und Aufnahmeeinrichtung eine geeignete -Abschirmung vorsieht.
Störungen, die den Motor über die Speiseleitungen verlassen, müssen gegebenenfalls
mit Hilfe elektrischer Filter abgeblockt werden.
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