Grundlagen zu DC-Bürstenmotoren

In diesem Beitrag werden wir den Aufbau und die Funktion von DC-Bürstenmotoren besprechen, zusammen mit einigen zusätzlichen Fakten zur Verwendung. DC-Bürstenmotoren (BDC) bestehen aus vier Hauptteilen: Stator, Rotor, Kommutator und Bürsten.

• Der Stator enthält entweder Permanentmagnete oder Elektromagnete und bleibt stationär.
• Der Rotor, der auch als Anker bezeichnet wird, ist der Teil des Motors, der sich dreht.
• Der Kommutator ist der Teil des Motors, der eine Verbindung zwischen dem Rotor und den Bürsten herstellt.
• Die Bürsten werden an die DC-Stromquelle angeschlossen.

Lassen Sie uns eine Grundform untersuchen, um die Funktionsweise eines DC-Bürstenmotors vollständig zu verstehen. Dargestellt ist ein gewickelter Draht (Rotor), verbunden mit einem Kommutator mit Bürsten darauf, angeschlossen an eine Batterie, mit Magneten (Stator) auf gegenüberliegenden Seiten des Drahtes. Die von der Batterie gelieferte Energie verwandelt den Draht in einen Elektromagneten, der gegen die Kraft des Magnetfeldes der beidseitig angebrachten Magnete wirkt.

Wenn sich die Spule dreht, wird jede Seite des Kommutators schließlich mit der gegenüberliegenden Bürste in Kontakt kommen, wodurch sich die Polarität ändert. Diese Änderung geschieht, wenn sich eine Seite der Spule dem gegenüberliegenden Magneten nähert, der sie anzieht, dann wechselt sie die Polarität, so dass der Magnet, der sie ursprünglich angezogen hat, sie abstößt. Dadurch wird die Rotation aufrechterhalten. Wie Sie sich jedoch vorstellen können, ist diese Drehung nicht sehr gleichmäßig. Um die Rotation gleichmäßiger zu gestalten, werden weitere Spulen und Kommutatoren auf dem Rotor angebracht.

Wenn nun die Bürsten die Kontinuität mit jedem Abschnitt des Kommutators unterbrechen, entsteht eine Spannungsspitze in umgekehrter Richtung (oder mit umgekehrter Polarität). Diese Spitzen verursachen elektrisches Rauschen, das große Probleme verursachen kann, wenn die gleiche Spannungsquelle auch an empfindliche Elektronik angeschlossen ist. Um dies zu beheben, fügen Sie einen bidirektionalen TVS für Motoren hinzu, die die Richtung wechseln, oder einen unidirektionalen für Motoren, die sich nur in eine Richtung drehen, um das erzeugte Rauschen zu reduzieren.

Benötigt Ihr Gerät eine sofortige Bremsung? Dies kann erreicht werden, indem die Motorleitungen kurzgeschlossen werden, wodurch die vom Motor erzeugte Leistung, die ihn sonst in Gang halten würde, effektiv kurzgeschlossen wird. Dieser Vorgang, der als dynamisches Bremsen bezeichnet wird, zwingt die Ankerwicklungen zum Kampf gegen die Magnete und verhindert, dass sich die Welle dreht. Sollte der Motor an eine Last mit viel Schwung angeschlossen sein, kann der Motor durch dynamisches Bremsen sehr heiß werden und möglicherweise die Ankerwicklungen durchbrennen. Durch Vorschalten eines Widerstands für große Leistungen kann dieses Problem beseitigt werden.

Weitere Informationen zu DC-Bürstenmotoren oder zu anderen Motortypen finden Sie in unseren anderen Videos der Reihe „Another Teaching Moment“.