Hallo Stefan,
ein DC-Elektromotor bzw. DC-Generator (ist das selbe) hat im Idealfall zwei sehr simple Eigenschaften:
- Die Drehzahl und die Spannung sind exakt proportional zueinander und
- Das Drehmoment und der Strom sind exakt proportional zueinander.
Die mechanische Eingangsleistung ist genau so groß wie die elektrische Ausgangsleistung, und umgekehrt (wie bei einem Trafo, bei dem Eingangs- und Ausgangsspannung und Eingangs- und Ausgangsstrom ebenfalls exakt proportional zueinander sind, zumindest im Idealfall).
„Im Idealfall“ heißt: Motor bzw. Generator arbeiten ohne Verluste, das ist aber in der Praxis niemals der Fall. Andernfalls würdest du im Falle des Kurzschlusses die Welle gar nicht mehr drehen können (Kurzschluss: Spannung = 0, also auch Drehzahl = 0, dafür können Strom bzw. Drehmoment sehr hoch werden).
Der wesentlich Unterschied zwischen dem Idealfall und der Realität ergibt sich durch den ohmschen Wicklungswiderstand im Motor. Der Kurzschluss ist nicht mehr ideal, der Motor/Generator wird über diesen Widerstand kurzgeschlossen. Dadurch braucht man jetzt ein erhebliches Drehmoment (= Strom durch den Widerstand), aber dieser Strom baut eine Spannung über den Wicklungswiderstand auf, die wieder der Drehzahl entspricht. Leider ist diese Spannung von außen nicht erreichbar (sonst wäre der Generator auch wieder ideal).
Bei der Diode ergibt sich ein weitgehend konstanter Spannungsabfall über der Diode (Schottky ca. 0,4 V, normal ca. 0,8 V). Bis zu der Drehzahl, ab der die Diode leitet, fließt kein Strom (= kein Drehmoment), darüber hinaus beginnen Strom bzw. Drehmoment zu steigen. Also hast du bei gleichem Drehmoment (= Strom) eine höhere Drehzahl (= Spannung) als im direkten Kurzschluss. Höhere Drehzahl, gleiches Moment = höhere Leistung: Das Mehr an Leistung, das du jetzt in den Generator steckst, wird in der Diode in Wärme verwandelt.
Außer dem Wicklungswiderstand ist u. A. noch die Lager- bzw. Kollektorreibung ein Verlustfaktor für den Motor. Sie bewirkt, dass auch im Leerlauf ein gewisses Drehmoment (beim Generator) bzw. Strom (beim Motor) aufgewendet werden muss, damit sich der Anker überhaupt dreht.
Grüße
Uwe
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