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Ein Service von INE - Ing.-Büro Norbert Engelke
Drehstrommaschinen Aufbau und Funktionsweise
Grundlagen
Die Drehstromlichtmaschine ist ihrer Art nach ein Wechselstromgenerator. Im Gegensatz zu Gleichstrommaschinen wird die Spannung im unbeweglichen Teil (Stator) der Maschine erzeugt. Das Erregerfeld wird im Anker (Rotor) erzeugt und dreht sich mit der Rotation des Ankers. Der geringe Erregerstrom wird mit Schleifringen auf die rotierende Erregerwicklung im inneren des Ankers übertragen. Probleme mit der Kommutierung treten über den gesammten Drehzahlbereich nicht auf. Im alg. werden dreiphasige Synchrongeneratoren verwendet, bei denen der Drehstrom von den feststehenden Statorwicklungen (Stern- oder Dreieckschaltung) abgenommen wird. Die Gleichrichtung der erzeugten Wechselspannung geschieht mit Diodenbrücken. Die Dioden verhindern auch den Rückstrom von der Batterie zur Lichtmaschine.
Klauenpolmaschine ohne Schleifringe
In dieser Maschine ist die Erregerwicklung feststehend und durch einen Luftspalt von Rotor getrennt. Es werden also keine Schleifringe benötigt. Der glockenförmige, klauenpol Rotor rotiert zwischen der Erreger- und der Statorwicklung. Durch das vorhanden sein von zwei Luftspalten (Erregerwicklung - Glockenanker - Statorwicklung) ist ein großer Erregerstrom oder eine größere Erregerwicklung notwendig, als bei Maschinen mit Schleifringen. Die Funktionsweise unterscheidet sich nicht von Lichtmaschinen mit Schleifringen. Eingesetzt werden diese Lima’s in Fahrzeugen mit hohen Zuverlässigkeitanforderungen und hohen Leistungsbedarf. Außer den zwei Lagern der Rotorwelle gibt es keine Verschleißteile mehr. Heute größtenteils als wassergekühlte Lichtmaschinen in Fahrzeugen der Oberklasse.
Bei dieser Maschine sitzt die Erregerwicklung koaxial auf der Rotorwelle, umgeben von klauenartig ineinandergreifenden, aus Weicheisen bestehenden Polen. Die Erregerwicklung erhält den Erregerstrom über Schleifringe mit Kohlebürsten. Der Rotor (Anker) ist mit Kugellagern/Nadellagern auf beiden Seiten gelagert. Die dreiphasige Statorwicklung ist in Dreieck- oder Sternschaltung ausgeführt. Gleichrichterbrücken (Dioden) sind am hinteren Lagerschild montiert und werden vom Kühlluftstrom umströmt. Diese Bauart ist die am weitesten verbreitete und befindet sich heute in fast jedem PKW.
Der Regler (heute immer ein Transistor- bzw Hybritregler) fragt über B+ die erzeugte Spannung ab und ändert je nach Last und Drehzahl den Erregerstrom, um die abgebene Spannung konstant zuhalten. Der Erregerstrom wird entweder von der Gleichrichterbrücke direkt abgezweigt oder über eine extra Diodenbrücke gesondert erzeugt. Auf Grund der Halbleitertechnik arbeitet der Regler verschleißfrei, im gegensatz zu mechn. Reglern von Gleichstromlichtmaschinen.
Lichtmaschine mit Erregerdioden Der Erregerstrom beträgt ca. 2-3Ampere, aus diesen Grund sind die Erregerdioden kleinerer Bauart als die Dioden der Gleichrichterbrücke für den Ladestrom.
Arten von Statorwicklungen
Es gibt unterschiedliche Statorwicklungen, hier die Wichtigsten
Einfache Sternwicklung Lichtmaschinen mit Sternwicklung haben eine höher Leistung bei niedrigen Drehzahlen, aber keine so hohe Maximalleistung wie dreieckgewickelte Maschinen.
Die Eckpunkte werden an dem Gleichrichter angeschlossen! An die Sternmitte können auch Zusatzdieden angeschlossen werden, daß erhöht die Maximalleistung um ca. 10%. Ist somit eine gute Kombination von hoher Leistung bei niedriger Drehzahl. (Lima mit 8 Dioden)
Einfache Dreieckwicklung Lichtmaschinen mit Dreickwicklungen laden erst bei höherer Drehzahl und hat eine höhere Maximalleistung
Die Eckpunkte werden an dem Gleichrichter angeschlossen!
Doppelte Sternwicklung
Es gilt das Gleiche wie bei “Einfacher Sternwicklung”!
Doppelte Dreieckwicklung
Es gilt das Gleiche wie bei “Einfacher Dreieckwicklung”!
Stern + Dreieckwicklung
Mit dieser Wickelart werden Eigenschaften von beiden Wickellarten erreicht!
