Lorentzkraft


Zuletzt aktualisiert von Rolf Gloor am 12.08.2010

Die Lorentzkraft wirkt in den meisten elektrischen Maschinen wie Gleichstrom-, Synchron- und Asynchronmaschinen.

Auf einen Leiter wirkt im Magnetfeld eine Kraft (Lorenzkraft), welche proportional zur Induktion [T], zum Leiterstrom [A], zur Leiterlänge [m] und Windungszahl [-] ist. Wenn sich der Leiter bewegt, wird eine Spannung induziert, deren Stärke proportional zur Induktion, zur Geschwindigkeit [m/s], zur Leiterlänge und Windungszahl ist. Wenn ein Strom fliesst, wirkt zusätzlich der ohmsche Spannungsabfall über den Widerstand [Ohm]. Die im Widerstand anfallende Verlustwärme ist auch die Differenz zwischen der mechanischen und elektrischen Leistung [W].

lorentzkraft
Ein stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld erfährt eine Kraft.
Kraft: =
Induzierte Spannung: =
Quellenspannung: =
       
Elektrische Leistung: =
Mechanische Leistung: =
Verlustleistung: = =

Die Anzahl Windungen hat mit der Kraftwirkung direkt nichts zu tun, sondern ist nur eine Impedanzanpassung an die elektrische Quelle. Eine hohe Windungszahl ergibt eine hohe Spannung und einen geringen Strom. Der Strom ist die mögliche Leiterquerschnittsfläche [m²] (Luftspalt mal Magnetbreite) mal die zulässige Stromdichte [A/m²] (z.B. 10 MA/m²). Je nach Wicklungsart (Hohlräume) und Dicke der Drahtisolation ist die Summe der Ströme etwa konstant, also unabhängig von der Windungsanzahl. Die Kupferwärmeverluste [W]. Bei einer Wicklung mit [-] Windungen nimmt der Leiterquerschnitt mit und die Wicklungslänge mit zu, das heisst der Widerstand nimmt mit der Windungszahl quadratisch zu ( von Kupfer ist 17 nΩm). Der Strom nimmt mit ab, was von der Wicklungszahl unabhängige Kupferwärmeverluste ergibt. Überschlagsmässig (mit Füllfaktor ) sind die Kupferverluste , wobei [m³] das Luftspaltvolumen abzüglich des erforderlichen Abstandes für die ungehinderte Leiterbewegung ist. In elektrischen Antrieben wird mit dem zulässigen Ankerstrombelägen gerechnet.


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