Motoransteuerung Der Universalmotor – ein Antrieb mit vielen Möglichkeiten

Der entscheidende Vorteil beim Einsatz eines Mikrocontrollers zum Ansteuern eines Universalmotors ist die flexible Adaption der Antriebselektronik an die Applikation.

Anbieter zum Thema

FAULHABER Antriebssysteme

GLYN GmbH & Co. KG

MicroConsult Academy GmbH

Turck duotec GmbH

Der Bedarf und die wirtschaftliche Bedeutung kleiner Motoren nehmen stetig zu. Auf Niederspannungsebene zählt der Universalmotor heute zu den wichtigsten Kleinmotoren und ist im Alltag unverzichtbar.

In großer Stückzahl kommt der Motor sowohl in Haushaltsgeräten wie Staubsaugern, Mixern oder Waschmaschinen als auch in Antrieben von Elektrowerkzeugen zum Einsatz. Die Aufnahmeleistung liegt im Bereich von 1 bis 3000 W bei Drehzahlen von 1500 bis 35.000 Umdrehungen/Minute.

Aufbau und Betriebsverhalten des Universalmotors

Der Aufbau des Universalmotors entspricht im Prinzip dem eines Gleichstrom-Reihenschlussmotors und ist auch als Einphasen-Reihenschlussmotor bekannt. Lediglich das Eisen des Ständers muss, wie auch der Anker, aus Dynamoblech zusammengesetzt sein, um durch das Wechselfeld hervorgerufene Wirbelstromverluste zu minimieren.

Hierdurch kann der Universalmotor am Gleichstrom- und Wechselstromnetz betrieben werden. Bild 1 zeigt vereinfacht die Verschaltung eines Universalmotors mit Ständer- und Ankerwicklung am Niederspannungsnetz.

Das Betriebsverhalten des Universalmotors wird als Reihenschlussverhalten bezeichnet. Hierbei liegt die Erregerwicklung im Ständer (D1-D2) mit den Wicklungen im Anker des Motors (A1-A2) in Reihe, wodurch der Ankerstrom I_A gleichzeitig der für den magnetischen Fluss Φ (Hauptfeld) erforderliche Erregerstrom I_E ist. Somit ergibt sich ein für den Universalmotor typisches Drehzahl-Drehmoment-Verhalten. In Bild 2 ist die quantitative Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Universalmotors dargestellt.

Wie der Gleichstrom-Reihenschlussmotor, kann auch der Universalmotor beim Anlauf ein hohes Drehmoment entwickeln. Aus dem Verlauf der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie wird deutlich, dass die Drehzahl n stark lastabhängig ist (n~1/√M_i). Bei geringem Lastmoment M steigt die Drehzahl n stark an, was bei einem unbelasteten Universalmotor zum Bersten des Ankers führen kann.

Bildergalerie

Kleinere Universalmotoren werden daher meist so konstruiert, dass eine Grundbelastung der Maschine durch den elektrischen Widerstand der Wicklungen und durch Reibung (beispielsweise Lüfterrad am Rotor) gegeben ist.

Das Bürstenfeuer und die Funkentstörung

Bei Betrieb an sinusförmigem Wechselstrom wird im Rotor der Maschine eine transformatorische Spannung U_tr induziert. Diese führt im Betrieb zum sogenannten Bürstenfeuer am Kommutator und breitbandigen Funkstörungen.

In größeren Maschinen werden zur Reduzierung des Bürstenfeuers Kompensationswicklungen und Wendepolwicklungen eingesetzt, was die Folgen der Ankerrückwirkung minimiert. In kleineren Maschinen wird das Bürstenfeuer jedoch in Hinblick auf den meist nur gelegentlichen Einsatz in Kauf genommen.

Durch die schnellen Stromänderungen am Kommutator entstehen elektromagnetische Oberwellen, die sehr hohe Frequenzen erreichen und ein breites Frequenzband überstreichen. Mit geeigneten Entstörgliedern ist es möglich diese Funkstörungen zu unterdrücken.

Zur Abblockung und Bedämpfung von Störsignalen bei Universalmotoren, beispielsweise für den Bereich der Elektrowerkzeuge, kommen X- bzw. Y-Kondensatoren zum Einsatz. Diese werden zwischen Phase und Neutralleiter (X-Kondensatoren) bzw. zwischen Phase und Schutzleiter sowie Neutralleiter und Schutzleiter (Y-Kondensatoren) geschalten.

Bei der Dimensionierung dieser Kondensatoren ist nicht nur auf die Reduzierung der Störpegel unter die entsprechenden Grenzwerte zu achten, sondern auch die Einhaltung der vorgeschriebenen Ableitströme zu berücksichtigen.

Störschutzbauelemente

Warum X- und Y-Folienkondensatoren ausfallen und wie es sich verhindern lässt

(ID:43670501)