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Neben dem offensichtlichen, der sich auf die Stromversorgung jeder dieser Komponenten bezieht, gibt es mehrere Hauptunterschiede zwischen Wechselstrommotoren und Gleichstrommotoren. Im Folgenden finden Sie eine kurze Darstellung der einzelnen Motortypen, gefolgt von einer Zusammenfassung der Unterschiede zwischen ihnen.

Um mehr über die verschiedenen Motortypen zu erfahren, konsultieren Sie unseren Einkaufsführer für Motoren.

Was sind Wechselstrommotoren?

Wechselstrommotoren sind elektromechanische Geräte, die elektrische Leistung in Form von Wechselspannung und Strom in mechanische Energie umwandeln. Wechselstrommotoren gibt es in verschiedenen Varianten, die entweder als Induktionsmotoren (die asynchron sind) oder Synchronmotoren charakterisiert werden können und die einen Stator und einen Rotor enthalten. Induktionsmotoren können entweder einphasig oder mehrphasig sein, während Synchronmotoren Reluktanzmotoren und Hysteresemotoren umfassen. Lesen Sie unseren zugehörigen Leitfaden, Arten von Wechselstrommotoren, um mehr über diese zu erfahren.

Was sind Gleichstrommotoren?

Gleichstrommotoren können die ihm in Form von Gleichstrom zugeführte elektrische Energie in mechanische Rotationsenergie umwandeln. Die gleiche Vorrichtung kann in umgekehrter Richtung verwendet werden, um aus der Drehung der Motorwelle Gleichstrom zu erzeugen. Bei dieser Verwendung arbeitet die Vorrichtung als Generator. Es gibt verschiedene Schlüsseltypen von Gleichstrommotoren. Dazu gehören Permanentmagnet-Gleichstrommotoren, seriengewickelte Gleichstrommotoren, Shunt-Gleichstrommotoren, zusammengesetzte Gleichstrommotoren und bürstenlose Gleichstrommotoren. Unser zugehöriger Leitfaden, Arten von Gleichstrommotoren, enthält weitere Informationen zu jedem dieser Typen.

Wie unterscheiden sich AC- und DC-Motoren voneinander?

Während AC- und DC-Motoren beide mechanische Energie in Form einer rotierenden Motorwelle erzeugen, gibt es einige wesentliche Unterschiede:

Eingangsleistung

AC-Motoren arbeiten mit einem elektrischen Eingangssignal, das ein Wechselstrom und eine Spannung ist, die sich in Amplitude und Richtung ändern, wenn die Eingangs-AC-Wellenform einen Zyklus abschließt. Wechselstrommotoren können entweder von einer einphasigen Stromquelle oder von einer mehrphasigen Quelle mit mehreren Spannungseingängen betrieben werden, die in einem Phasenwinkelunterschied voneinander arbeiten (üblicherweise 120o oder 2π / 3 Radiant bei dreiphasiger Leistung). Gleichstrommotoren werden mit einem unidirektionalen Strom versorgt (der die Richtung nicht mit der Zeit ändert), der von einer Gleichstromquelle geliefert wird. Die allgemeine Bedeutung von Wechselstrom bedeutet, dass bei Verwendung eines Gleichstrommotors, z. B. bei Verwendung eines AC / DC-Wandlers oder einer Gleichstromversorgung, möglicherweise eine Umwandlung in Gleichstrom erforderlich ist.

Magnetfeld

In mehrphasigen Wechselstrommotoren wird, wenn die Statorspulen mit Wechselstrom versorgt werden, ein rotierendes Magnetfeld oder RMF erzeugt, das durch das Faradaysche Induktionsgesetz eine EMK in den Rotorspulen erzeugt. Diese EMK führt zu einem Strom im Rotor und einem anzuwendenden Nettodrehmoment, wodurch er sich dreht und ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird. Induktionsmotoren weisen ein als Schlupf bekanntes Phänomen auf, wobei die Drehzahl des Rotors (Nr) kleiner ist als die Drehzahl des Drehfeldes des Stators (Ns). Der Schlupf wird mathematisch ausgedrückt als:

In einem Gleichstrommotor erzeugt ein Permanentmagnet oder ein Satz von Feldspulen ein Magnetfeld, das sich nicht dreht. Die Spulen des Ankers werden mit Strom versorgt, was zu einer Drehung des Ankers führt.

Direkte vs. Indirekte Verbindung Design

Mit einem AC motor, erregen die stator spulen durch eine direkte verbindung zu einem mehrphasigen AC power quelle ist alle, die ist benötigt zu produzieren rotation der rotor. Das Prinzip der elektromagnetischen Induktion erzeugt den Strom im Rotor, ohne dass eine direkte elektrische Verbindung erforderlich ist.

Bei einem Gleichstrommotor müssen sowohl die stationären Feldspulen (sofern kein Permanentmagnet verwendet wird) als auch der Anker mit Strom versorgt werden. Um dies zu erreichen, Bürstenartige Gleichstrommotoren verwenden einen Satz federbelasteter Kohlebürsten, die gegen einen Kommutatorring drücken, der den Strom zu den Ankerspulen und zu den Feldspulen führt, wenn sich der Anker dreht. Je nachdem, ob die Feldspulenschaltung parallel zur Ankerspule (Nebenschlussmotor) oder in Reihe zur Ankerspule (Reihenwickelmotor) erfolgt, zeigt die resultierende Gleichstrommotorkonfiguration unterschiedliche Leistungsmerkmale.

Die Verwendung von Bürsten und einem Kommutator hat mehrere Auswirkungen auf den Betrieb von Gleichstrommotoren:

• Bürsten unterliegen Verschleiß durch mechanische Reibung, was bedeutet, dass eine Reparatur und ein Austausch der Bürsten unvermeidlich sind, was sich aufgrund der Anforderung an die Zugänglichkeit auf die Platzierung des Motors auswirkt.
• Bürstenkontakt mit dem Kommutator kann zu Funken und Lichtbögen führen, die Lochfraß und Schäden am Kommutator verursachen können und auch eine Zündquelle darstellen können – ein Problem in einigen Umgebungen, in denen die Gefahr besteht, brennbaren Dämpfen oder Gasen ausgesetzt zu werden.Bürstenreibung ist eine Ursache für einen verringerten Wirkungsgrad für Gleichstrommotoren, die sie verwenden, da ein Teil der Eingangsenergie in Reibung verbraucht und nicht zur Erzeugung von Bewegung verwendet wird.
• Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren erzeugen mehr Lärm und Staub durch den Verschleiß der Bürste, bei der es sich typischerweise um ein Kohlenstoff- oder Graphitmaterial handelt.

Drehzahlregelung

Bei einem Wechselstrommotor wird die Drehzahl des Motors durch die Eingangsfrequenz des den Statorspulen zugeführten Wechselstroms gesteuert und ist direkt proportional. Mit zunehmender Frequenz nimmt die Drehzahl des Motors zu. Frequenzumrichterregler werden verwendet, um die Eingangsfrequenz wie gewünscht einzustellen, um die gewünschte Motordrehzahl zu erzeugen.

Bei Gleichstrommotoren wird die Drehzahl des Geräts durch Variieren der Spannung und des Stroms gesteuert, die an die Ankerspulen oder -wicklungen angelegt werden, oder durch Einstellen des Stroms, der zu den Feldspulen fließt (wodurch die Stärke des Magnetfelds für die Feldspule beeinflusst wird). Das Drehzahl-Strom-Verhältnis ist wiederum proportional.

Startmechanismus

Mehrphasige Wechselstrommotoren werden als selbststartend bezeichnet und erfordern keine zusätzliche Elektronik, die über die variable Frequenzsteuerung für die Drehzahl hinausgeht. Sowohl Einphasige Wechselstrommotoren als auch Gleichstrommotoren erfordern einen Anlaufmechanismus zur Steuerung der Anlaufbedingungen. Beispielsweise ist bei großen Gleichstrommotoren die im Anker erzeugte Gegen-EMK proportional zur Drehzahl des Ankers und daher beim Anfahren klein. Dieser Zustand kann einen großen Stromfluss zum Anker verursachen, was möglicherweise zu einem Durchbrennen führt. Daher ist für diese Motoren eine Steuerung des Eingangsspannungsanstiegs beim Start erforderlich.

Leistung

Wechselstrommotoren werden häufig wegen ihres schnellen und variablen Drehmoments verwendet, aber typischerweise nimmt das Drehmoment mit zunehmender Motordrehzahl ab. Gleichstrommotoren können ein hohes Drehmoment erzeugen und sind dort wertvoll, wo eine Drehzahlregelung erforderlich ist. Gleichstrommotoren können über den Drehzahlbereich ein konstanteres Drehmoment bereitstellen und im Allgemeinen schneller auf Laständerungen reagieren als Wechselstrommotoren. Abhängig von der Konfiguration der Spulenverbindung (Reihe gegen parallele), kann unterschiedliche Leistung über Lastwert für DC-Motoren erhalten werden. Serienmotoren weisen ein höheres Anlaufmoment auf, weisen jedoch mit zunehmender Last einen steileren Drehzahlabfall auf. Parallel- oder Shunt-Gleichstrommotoren bieten ein geringeres Anlaufmoment, haben jedoch ein flacheres Verhältnis zwischen Drehzahl und Last und können daher eine konstante Drehzahl nahezu unabhängig von der angelegten Last bereitstellen.

Wechselstrommotoren leiden unter Effizienzproblemen aufgrund des Induktionsstromverlusts und des zuvor erwähnten Schlupfes. Gleichstrommotoren, die Permanentmagnete verwenden, können etwa 30% effizienter sein, da sie keinen Strom verbrauchen müssen, um einen Elektromagneten zu erzeugen, aber es gibt einen gewissen Effizienzverlust aufgrund des Energieverlusts durch die Reibung von Bürsten. Bürstenlose Gleichstrommotoren sind effizienter als solche mit Bürsten, aber die Effizienzgewinne liegen hauptsächlich in den Bereichen mit geringer Last oder ohne Last der Motorleistungskurve.

Weitere Überlegungen

Für eine bestimmte Menge an mechanischer Arbeitsleistung sind Wechselstrommotoren normalerweise größer als Gleichstrommotoren, wobei bürstenlose Gleichstrommotoren die kleinsten sind. Wechselstrommotoren haben eine lange Nutzungsdauer, während DC-Motoren mehr Wartung für jene Entwürfe erfordern, die Bürsten und Kommutatoren benutzen, die mechanische Abnutzung kennzeichnen. Elektronisch kommutierte Motoren (ECMs) sind eine Form des schwanzlosen DC-Motors, der mechanische Kommutierung und Bürsten zugunsten der elektronischen Kommutierung und Steuerung beseitigt und folglich Nutzungsdauer verbessert, Leistungsaufnahme verringert, Kühler läuft und bessere Leistung zur Verfügung stellt.

Zusammenfassung

Dieser Artikel präsentierte eine kurze Diskussion über den Unterschied zwischen AC- und DC-Motoren. Informationen zu anderen Produkten finden Sie in unseren zusätzlichen Leitfäden oder auf der Thomas Supplier Discovery Platform, um potenzielle Bezugsquellen zu finden oder Details zu bestimmten Produkten anzuzeigen.

Quellen:

1. http://www.ohioelectricmotors.com/2015/07/what-is-the-difference-between-an-ac-motor-and-a-dc-motor/
2. https://www.precision-elec.com/difference-between-ac-and-dc-motors/
3. https://www.powerelectric.com/motor-resources/motors101/ac-motors-vs-dc-motors
4. https://physicsabout.com/ac-motor-and-dc-motor/
5. https://www.orientalmotor.com/brushless-dc-motors-gear-motors/technology/AC-brushless-brushed-motors.html
6. https://www.machinedesign.com/motion-control/what-s-difference-between-ac-dc-and-ec-motors
7. http://electricalacademia.com/electrical-comparisons/difference-between-ac-motor-and-dc-motor/
8. https://www.veichi.org/solutions/related-articles/what-is-the-difference-between-ac-and-dc-motors.html

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