Der Unterschied zwischen Gleichstrom (DC) und Wechselstrom (AC) liegt, wie der Name schon andeutet, i der Richtung und der Art und Weise, wie sich die elektrischen Ladungen durch einen Leiter bewegen. Während Gleichstrom kontinuierlich in einer Richtung fließt, ändert Wechselstrom periodisch seine Richtung. Diese fundamentale Differenz hat direkte Auswirkungen auf die Funktionsweise von elektrischen Motoren – und ganz besonders Gleichstrommotoren.
Wie funktioniert ein Gleichstrommotor?
DC-Motoren wandeln elektrische Energie in mechanische Bewegung um. Ihr Betrieb basiert auf dem Prinzip elektromagnetischer Induktion, bei dem ein Magnetfeld erzeugt wird, das mit einem Strom durch eine Spule verbunden ist. In einem Gleichstrommotor oder auch einer Gleichstrommaschine wird dieses Magnetfeld konstant gehalten, da der Stromfluss stets in nur eine einzige Richtung erfolgt. Die Richtung der Drehung des Motors wird dabei durch die Richtung des Stromflusses in der Spule bestimmt, was eine gleichbleibende Drehrichtung ermöglicht.
Wie funktioniert ein Wechselstrommotor?
Im Gegensatz zu Gleichstrommotoren nutzen Wechselstrommotoren die Eigenschaften von sich ändernden Magnetfeldern, um Bewegung zu erzeugen. Ein häufig verwendetes Design ist beispielsweise der Induktionsmotor, der aus einem Rotor und einem Stator besteht. Im Stator wird ein drehendes Magnetfeld erzeugt, indem Wechselstrom durch Spulen geleitet wird. Dieses Magnetfeld induziert dann eine Spannung im Rotor, die dann wiederum einen Strom erzeugt. Durch das kontinuierliche Zusammenspiel von Magnetfeldern und diesen beiden Komponenten entsteht eine Drehbewegung, die dann schließlich den Motor antreibt.
Warum läuft er nicht mit Wechselstrom?
Die Verwendung von Wechselstrom in einem Gleichstrommotor würde also aufgrund ihrer fundamental unterschiedlichen Funktionsweisen zu einem Problem führen. Da sich nämlich die Richtung des Stroms periodisch ändert, würde das Magnetfeld im Motor ebenfalls ständig seine Richtung ändern. Das wiederum hätte zur Folge, dass sich das Drehmoment des Motors andauernd umkehre, was zu einem unstabilen und ineffizienten Betrieb führen würde. Die Drehbewegung des Motors wäre unvorhersehbar – was höchstwahrscheinlich zu einem sehr schnellen Ausfall des Motors führt.
Gibt es Alternativen für den Wechselstrombetrieb?
Um einen Gleichstrommotor mit Wechselstrom zu betreiben, wäre eine Umwandlung des AC zu DC notwendig. Dies kann durch die Verwendung eines Gleichrichters erfolgen, die den Wechselstrom in eine konstante Gleichspannung umwandelt. Tatsächlich kann diese Lösung oft in Anwendungen gefunden, in denen eine konstante Drehzahl und Drehrichtung erforderlich sind – wie beispielsweise in einigen industriellen Anwendungen, oder aber auch in Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen oder unseren Kühlschränken.
Insgesamt ist die Funktionsweise eines DC-Motors stark von der Richtung und Stabilität des Stromflusses abhängig. Und während sie unfassbar effizient und präzise arbeiten, sind sie schlichtweg nicht für den Betrieb mit Wechselstrom ausgelegt. Resultate wären hier instabile Betriebe, Beschädigungen oder Ausfall. Der Wechselstrom sollte immer in Gleichstrom umgewandelt werden, um die korrekte und vorgesehene Funktionsweise zu gewährleisten.