Elektromotoren verbrauchen fast 50 % des weltweiten Stroms. Da die Energiekosten ständig steigen, konzentriert sich die Industrie darauf, ineffiziente Motoren und Antriebe mit konstanter Drehzahl durch mikroprozessorgesteuerte Antriebe mit variabler Drehzahl zu ersetzen. Die Motorsteuerungstechnologie wird den Energieverbrauch im Vergleich zu älteren Antrieben um mehr als 30 % senken. Diese drehzahlvariablen Steuerungen verursachen zwar zusätzliche Kosten für den Motor, aber die prognostizierten Energieeinsparungen und die erhöhte Funktionalität des Motors dürften diese anfänglichen Kosten innerhalb weniger Jahre problemlos ausgleichen.
Der Gleichstrommotor, der bürstenlose Gleichstrommotor und der Wechselstrom-Induktionsmotor sind die gängigen Motorkonstruktionen, die in den heutigen industriellen Anwendungen eingesetzt werden. Jeder dieser Motortypen hat seine eigenen einzigartigen Eigenschaften, aber sie arbeiten alle nach dem gleichen elektromagnetischen Grundprinzip: Wenn sich ein stromdurchflossener Leiter, z. B. eine Drahtwicklung, in einem externen Magnetfeld senkrecht zum Leiter befindet, erfährt der Leiter eine Kraft senkrecht zu sich selbst und zum externen Magnetfeld.
Gleichstrommotoren
Der Gleichstrommotor war einer der ersten Motortypen, die in der Praxis eingesetzt wurden, und er ist nach wie vor beliebt, wenn niedrige Anschaffungskosten und eine hervorragende Antriebsleistung erforderlich sind. In seiner einfachsten Form besteht der Stator (d. h. der stationäre Teil des Motors) aus einem Permanentmagneten, und der Rotor (d. h. der rotierende Teil des Motors) trägt eine Ankerwicklung, die mit einem mechanischen Kommutator verbunden ist, der den Strom in der Wicklung ein- und ausschaltet. Der Magnet erzeugt den Feldfluss, der in Wechselwirkung mit dem Ankerstrom das elektromagnetische Drehmoment erzeugt, wodurch der Motor Arbeit verrichten kann. Die Drehzahl des Motors wird durch die Einstellung der an die Ankerwicklung angelegten Gleichspannung geregelt.
AC-Motoren
Ein AC-Induktionsmotor ist in der Industrie wegen seiner Einfachheit und Robustheit sehr beliebt. In seiner einfachsten Form ist dieser Motor ein Transformator, bei dem die Primärspannung an die Wechselspannungsquelle angeschlossen ist und die Sekundärseite kurzgeschlossen ist, um den induzierten Sekundärstrom zu fĂĽhren. Der Name “Induktionsmotor” leitet sich von diesem induzierten Sekundärstrom ab. Der Stator ist mit einer dreiphasigen Wicklung versehen und der Rotor ist eine einfache Konstruktion, die gemeinhin als “Eichhörnchenkäfig” bezeichnet wird, bei der die Kupfer- oder Aluminiumstäbe an beiden Enden durch Endringe aus Aluminiumguss kurzgeschlossen sind. Das Fehlen von Rotorwicklungen und BĂĽrsten macht diese Motorkonstruktion besonders zuverlässig.
Bei Betrieb mit einer Spannung von 60 Hz arbeitet der Induktionsmotor mit einer konstanten Drehzahl. Wenn jedoch Leistungselektronik und ein mikroprozessorgesteuertes System verwendet werden, kann die Drehzahl des Motors variiert werden. Der drehzahlvariable Antrieb besteht aus einem Wechselrichter, einem Signalaufbereiter und einer mikroprozessorgesteuerten Regelung. Der Wechselrichter verwendet drei Halbbrücken, bei denen der obere und der untere Schalter komplementär gesteuert werden.
BĂĽrstenlose Gleichstrommotoren
Ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) hat weder Kommutator noch Bürsten, so dass er weniger Wartung erfordert als ein Gleichstrommotor. Außerdem bietet er im Vergleich zu Induktions- und Gleichstrommotoren eine höhere Ausgangsleistung pro Baugröße.
Der Stator des BLDC-Motors ist dem des Induktionsmotors recht ähnlich. Der Rotor des BLDC-Motors kann jedoch verschiedene Formen annehmen, aber alle sind Permanentmagnete. Der Luftspaltfluss wird durch den Magneten fixiert und ist vom Statorstrom unbeeinflusst. Der BLDC-Motor benötigt auch eine Form der Rotorpositionserfassung. Ein in den Stator eingebettetes Hall-Effekt-Gerät wird üblicherweise verwendet, um die Position des Rotors zu erfassen. Wenn sich der Magnetpol des Rotors in der Nähe des Halleffektsensors befindet, zeigt ein Signal an, ob der Nord- oder der Südpol passiert wurde.
