2. Gleichstrommaschine - IEM

2. Gleichstrommaschine 

EM1, Kovalev/Novender/Kern 

(Fachbereich IEM) 

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Aufbau und Wirkungsweise 

• Erregerfeld 

• elektrisch durch Spulen 

• durch Permanentmagnete 

• Anker (Leiterschleife) 

• Stromwender (Kommutator, Kollektor) 



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Beispiel: Gleichstromgenerator 

• Strom verändert sich in der Zeit 

• Sinusförmiger Verlauf 

• Positiv und negativ 

• Kommutator zur „Gleichrichtung“ 



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Stromwendung 

Wirksame Fläche 

Stromverlauf 







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Stromwendung 







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Ringwicklung - Prinzip 







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Ringwicklung – mit Kommutator 







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Leiter- und Feldanordnung 







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Anordnung der Ankerwicklung 

• Anordnung der Spulenseiten 



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Ankerwicklung als Schleifenwicklung 

• Anordnung der Spulen 



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Ankerwicklung als Wellenwicklung 

• Anordnung der Spulen 



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Kommutierung 

• 1. Phase 



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Kommutierung 

• 2. Phase 



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Kommutierung 

• 3. Phase 



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Kommutator und Ankerwicklung 

• 3. Phase 



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Ankerrückwirkung 

• Erregerlängs- und Ankerquerfeld 



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Ankerrückwirkung 

• Überlagerung von Quer- und Längsfeld 



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Wende- und Kompensationswicklung 

• Prinzip 



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• Anordnung der Wicklungen 



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• Praktische Ausführung 



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Klemmenbezeichnung 

• Typische Bezeichnung der Wicklungen nach DIN VDE 0530 Teil 8 



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Fremderregte Maschine 

• Typische Bezeichnung der Wicklungen 



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Nebenschlussmaschine 




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Haupt- und Reihenschlussmaschine 




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Doppelschlussmaschine 




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Feld- und Stromrichtungen 

• Bestimmung der Drehrichtung 



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Ersatzschaltbild 

• Ersatzschaltbild von Anker- und Erregerwicklung 



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Hauptgleichungen 

( = ) 

• Versuche: 

• Leerlaufender Gleichstromgenerator, = Φ , 

• Pendelgenerator mit Drehmomentenwaage, = 



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Grundgleichungen für den stationären Betrieb 



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Leistungsbilanz 

• Grundgleichungen für den Motorbetrieb 



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Leistungsbilanz 

• Grundgleichungen 



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Drehzahl 

• 1) Bürstenübergangsspannung vernachlässigt 



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Drehzahlsteuerung 

• Ankerspannung 

• Vorwiderstand 

• Feldschwächung 



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Fremderregter Gleichstrommotor 

• Drehzahlsteuerung 



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Reihen- und Hauptschlussmaschine 

• Grundgleichungen zum Ersatzschaltbild 



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Reihen- und Hauptschlussmaschine 




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Doppelschlussmaschine 




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Gleichstromgenerator 

• Verdrängt durch geregelte Gleichstromnetzgeräte (LE) 

• Teilweise bei Leonardantrieben 

• Verdrängt durch Drehstromlichtmaschine 

• Historisch: dynamoelektrisches Prinzip von Siemens 

(Nebenschlussgenerator) 



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Scheibenläufer 



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Bewertung einer Gleichstrommaschine 

• Bestimmung von U B und R A 



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• Eisen- und Reibungsverluste 



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• Trennung der Eisen- und Reibungsverluste 



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Übungen 

Ü2.1 Drehmoment einer Gleichstrommaschine 

Der Rotor einer Gleichstrommaschine hat die Länge 

l = 0.5m und den Durchmesser d = 0.3 m. Er ist mit 

insgesamt z = 300 Leitern bewickelt. Durch jeden 

fließt der Strom I = 10A. Die Erregerpole des Stators 

bewirken im Luftspalt ein homogenes Magnetfeld mit B = 

0.9 T, in dem zwei Drittel aller Leiter des Rotors liegen. 

1. Wie groß ist die Kraft F auf einen Rotorleiter? 

2. Berechnen Sie das Drehmoment M! 



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Übungen 

Ü2.2 Drehmoment einer Gleichstrommaschine 

Die Flußdichte im Luftspalt eines Gleichstrommotors mit 

Polschuhen beträgt B = 1.1 T, die wirksame Leiterlänge 

l = 40 cm, Abstand der Ankerleiter vom Wellenmittelpunkt 

r = 10 cm, Zahl aller wirksamen Ankerleiter 

N =120. 

• Wie groß muß der Ankerstrom I sein, damit das Moment 

des Motors M = 40Nm beträgt? 



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Übungen 

Ü2.3 Drehmoment und Spannung in einer 

Gleichstrommaschine 

Eine zweipolige Gleichstrommaschine hat einen 

Luftspalt von l L = 2mm und eine Erregerwicklung mit 

N = 650 Windungen auf jedem Pol. Die Polfläche im 

Luftspalt ist A P = 0.2m 2 . Der Erregerstrom beträgt 

I E = 1.9A. Der Rotor hat den Durchmesser d = 0.2m 

und die Länge l = 0.3m. Der Strom in jedem Leiter der 

Rotorwicklung ist I A = 10A. 

1. Berechnen Sie die Luftspaltinduktion B, wobei der 

magnetische Spannungsabfall im Eisen vernachlässigt 

werden soll. 

2. Welches Drehmoment M erzeugt jeder Leiter der 

Rotorwicklung? 

3. Berechnen Sie die Spannung, die in einem 

Rotorleiter induziert wird, wenn die Drehzahl 

n = 100min −1 ist. 



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Übungen 

Ü2.4 Gleichstromgenerator 

Ein Gleichstromgenerator (50 kW,460V) hat einen inneren Spannungsabfall von 3% (von 

U AN ) bei Nennlast. 

• Wie groß sind der Ankerwiderstand R A und die Nennverluste P CuN der Ankerwicklung? 



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Übungen 

Ü2.5 Gleichstromgenerator 

Ein Gleichstromgenerator (120 kW, 500V, 240A) liefert eine 

Leerlaufspannung U A0 von 506.5V. 

• Bestimmen Sie den Ankerwiderstand R A . 



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Übungen 

Ü2.6 Gleichstromotor 

Ein permanenterregter Gleichstrommotor hat folgende Daten: 220V, 10 kW, R A = 0.6Ω, 

Wirkungsgrad η M = 0.8. 

• Wie groß muss ein Vorwiderstand R V sein, damit der Anlaufstrom nicht das 1.5fache 

des Nennstromes übersteigt? 



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Übungen 


Ein fremderregter Gleichstrommotor hat folgende Daten: 

U AN = 220V, I AN = 400A, n N = 1500min−1, R A = 20mΩ, U EN = 220V, I EN = 4A 

Die Nenndrehzahl bei Nennerregung wird im Leerlauf bei einer Ankerspannung 

U A0 = 212.8V erreicht. 

Bestimmen Sie bei Nennerregung und Nenndrehzahl unter Vernachlässigung der 

Bürstenübergangsverluste und Erwärmung 

1. die im Anker induzierte Spannung U q , 

2. den Leerlaufstrom I A0 , 

3. die Eisen- und Reibungsverluste P F+R , 

4. die Stromwärmeverluste P Cu bei Nennbetrieb, 

5. die Nennleistung P m , 

6. das Nenndrehmoment M N , 

7. den Gesamtwirkungsgrad η N , 

8. den Anlaufstrom I Anl , 

9. das Anlaufmoment M Anl . 



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Übungen 


Daten: 220V; 460A; 1500min−1; 

Erregerleistung: 800W; Ankerwiderstand: R A = 23,9mΩ 

Zur Ermittlung der Eisen- und Reibungsverluste der Maschine unter Nennbedingungen 

wurde ein Leerlaufversuch mit Nenndrehzahl gemacht. Dabei wurde die 

Ankerkreisspannung solange gesteigert, bis die Nenndrehzahl errreicht war. Das war bei 

einer Spannung von 219V der Fall, der Leerlaufstrom betrug 27,9A. 

Berechnen Sie für den Nennbetrieb der Maschine unter Vernachlässigung des 

Bürstenspannungsabfalls: 

1. die Eisen- und Reibungsverlustleistung, 

2. die Stromwärmeverlustleistung im Ankerkreis, 

3. die mechanische Leistung (Wellenleistung), 

4. den Wirkungsgrad, 

5. das Drehmoment. 



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