Eine Elektrische Maschine ist prinzipiell eine Maschine die Elektrizität als Antriebsquelle benutzt oder solche erzeugt. Alle elektrischen Maschinen dienen der Energieumformung, insbesondere der steuerbaren Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie und umgekehrt. Daneben werden elektrische Maschinen für die Weiterleitung und Umformung der elektrischen Energie - z.B. von Gleichstrom in Wechselstrom oder von hohen in niedrige Spannungen - herangezogen.

Jede Energieumwandlung ist mit einem Energieverlust in Form von Wärme verbunden. Ein besonderer Vorzug elektrischer Maschinen ist dabei, daß ihre Verluste besonders klein sind, sie also einen hohen Wirkungsgrad erzielen. Elektrische Großmaschinen können Wirkungsgrade bis 99% erzielen und sind damit allen anderen Maschinen überlegen.

Elektrische Maschinen werden heute in sämtlichen Bereichen der Technik, der Industrie, des Alltags, des Verkehrswesens, der Medizin und anderer Gebiete verwendet. Der Leistungsbereich elektrischer Maschinen spannt sich von Größenordnungen einiger Milliwatt bis zum Gigawattbereich (1 GW = 1.000.000.000 Watt) in Transformatoren und Generatoren.

Physikalische Grundwirkungen

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Elektrische Maschinen nutzen

• die magnetischen Erscheinungen aus, die als Folge von Elektronenbewegungen auftreten (Elektromagnetismus, Magnetisches Feld).
• die Kräfte, die auf die im Magnetfeld befindlichen stromdurchflossenen Leiter ausgeübt werden
• die durch ein veränderliches Magnetfeld (oder den Durchgang durch ein Magnetfeld) in einem Leiter erzeugte Spannung bestimmter Größe und Richtung (Induktion).

Wesentliche Bestandteile elektrischer Maschinen

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• Spulen: Um die Wirkungen des Magnetfeldes auf die Leiter-Elektronen oder umgekehrt die Wirkungen des Elektronenflusses zu verstärken, sind in den meisten elektrischen Maschinen die elektrischen Leiter zu Spulen aufgewickelt.
• Eisenkerne: Ebenfalls zur Verstärkung des Magnetfeldes und zur räumlichen Führung des Magnetischen Flusses dienen Eisenkerne in den Spulen.
• Zur Isolation der stromdurchflossenen Teile gegeneinander und gegenüber der äußeren Umgebung haben elektrische Maschinen entsprechende Isolations- und Abschirmungsteile.
• Zur mechanischen Stabilisierung und Stützung sowie eventuell zur Führung von beweglichen Teilen haben elektrische Maschinen entsprechende mechanische Konstruktionsteile.

Wesentliche Bauformen und Arten

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„Mechanisch“ werden elektrische Maschinen vor allem nach Anordnungen unterschieden mit

• umlaufenden bzw. rotierenden Teilen (Motoren, Generatoren, rotierende Umformer)
• ruhenden Teilen (Transformatoren, Elektromagnete, Stromrichter).
• Hinzu kommen noch Maschinen mit translatorischer Bewegung, die entweder als eigene Klasse betrachtet oder als Sonderfall der rotierenden Maschine durch „Aufschneiden“ und Verlegen der Kreis-Anordnung auf die Ebene wie bei den Linearantrieben und Linearmotoren.

Spezieller wird unterschieden nach

• Elektromotoren
  • Drehfeldmaschinen
    • Asynchronmotor
    • Elektrostatikmotor
    • Synchronmotor
  • Kommutatormotoren (Gleichstrommotor, Universalmotor)
• Generatoren
• Umformern mit rotierenden Teilen
• Transformator bzw. Umformer mit ruhenden Teilen
• Stromrichter

Vielfach wird gesagt, dass ein „Transformator“ nicht zu den elektrischen Maschinen zu zählen sei, da er keine beweglichen Teile habe. Dies berücksichtigt nicht, dass nicht die Bewegung das Entscheidende ist, sondern die Veränderung der Energieform, die beispielsweise bei rotierenden Umformern und Generatoren durch die Bewegung der Spulen gegeneinander erreicht wird. Darüberhinaus haben vor allem Großtransformatoren doch bewegte Teile in der Gesamtanordnung, so etwa das Buchholz-Relais, Ölumlaufpumpen und Schaltwerke.

Da Stromrichter ein ähnliches Arbeitsfeld abdecken wie elektrische Maschinen, deren Hauptmerkmal die Umwandlung von Energieformen, insbesondere auch von elektrischer Energie ist, werden auch Stromrichter oft fakultativ zusammen mit den elektrischen Maschinen behandelt.

Bestandteile drehender elektrischer Maschinen

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Drehende Elektromaschinen sind die meistverbreitesten Maschinen, daher seien für diese kurz die wesentlischsten Bauelemente aufgelistet:

• Ständer oder Stator mit Spulenwicklungen
• Läufer oder Rotor mit Spulenwicklungen oder in sich kurzgeschlossener „Käfigwicklung“
• Kommutator zur Übertragung des Stromes von den oder auf die Rotor-Spulen (entfällt bei Drehfeld-Maschinen)
• Welle zur Lagerung des Rotors
• Gehäuse und Lagerschilde mit Wellenlagern
• Elektrische Anschlussklemmen und innere Leitungen.

Literatur

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• Elektrische Maschinen, B.G. Teubner Verlag 5., korr. Aufl. 2003, ISBN: 3-519-46821-2
• Rudolf Janus, Transformatoren, VDE-VERLAG; ISBN 3-8007-1963-0
• Christ, Motoren, Generatoren, Transformatoren - Arbeitsheft STAM; ISBN 3-8237-3414-8
• Rolf Fischer, Elektrische Maschinen, 408 Seiten, Paperback, 12. Auflage, Hanser ISBN 3-446-22693-1
• Werner Böhm, Elektrische Antriebe, Vogel Fachbuch Kamprath-Reihe 5., überarb. u. erg. Aufl. 2002, ISBN 3-8023-1912-5

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