Der Elektromotor AGH Fach: Physik, SIII Erstellt von Heinrich Bier
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