Hi,
Wieso haben mit Gleichspannung betriebene Motoren eine niedrigere Nennspannung?
Zitat aus http://de.wikipedia.org/wiki/Bahnstrom „Gleichstrommotoren können maximal mit etwa 1,5 kV betrieben werden“
Danke,
Alex
Hallo !
Haben sie auch nicht !
Auch im „wiki“-Beitrag steht im Artikel „Geschichte“ drin,das es moderne Wechselstromsysteme gibt in denen im Fahrzeug ein Gleichstrommotor mit 6 kV arbeitet,der über Trafo und Gleichrichter aus einem 25 kV- Netz versorgt wird.
Die Begrenzung auf 1,5 kV Gleichspannung ist eher auf die Oberleitung bei Straßenbahnen oder Stromschienen bei U-und S-Bahnen begründet.
Dort hat es Isolations- und Sicherheitsgründe.
Sie gilt nicht aus technischen Gründen generell.
MfG
duck313
Danke für die Antwort. Muss man bei Gleichspannung besser isolieren? Kommt es da eher zu Entladungen/Durchschlag?
Nein,außerdem braucht man auch gar nicht so hohe Spannungen,da Elektromotoren ihr maximales Drehmoment (also ihre „Kraft“) sofort entwickeln.Das man wie zum B. in Italien mit 3.000 Volt arbeitet,hat etwas mit dem Leitungswiderstand-und Verlust zu tun.Bei Gleichstrom
fällt mit jedem Meter Länger des Stromleiters die Spannung ungleich stärker ab als bei Wechselstrom.Aus diesem Grunde wird ja auch bei fast allen Eisenbahnen mit Wechselstrom von 15/25 Kv ein Transformator im Zuge versorgt,der diese Spannung dann in Gleichstrom für die Motoren umwandelt.
Eisenbahnen mit Gleichstrombetrieb sind auf wenige Länder und dort auf kleinere Netze beschränkt.
Bei Straßen-und U-Bahnen hat sich die direkte Versorgung mit Gleichstrom von 500 bis 1.200 Volt überall auf der Welt eingebürgert,weil man so leichte Fahrzeuge hat und auch die Fahrstrecken so sind,das man die Fahrspannung über Umformer direkt der örtlichen Stromversorgung entnehmen kann.
Nein,außerdem braucht man auch gar nicht so hohe Spannungen,da
Elektromotoren ihr maximales Drehmoment (also ihre „Kraft“)
sofort entwickeln.Das man wie zum B. in Italien mit 3.000 Volt
arbeitet,hat etwas mit dem Leitungswiderstand-und Verlust zu
tun.Bei Gleichstrom
fällt mit jedem Meter Länger des Stromleiters die Spannung
ungleich stärker ab als bei Wechselstrom.
Das ist nicht richtig.
Aus diesem Grunde
wird ja auch bei fast allen Eisenbahnen mit Wechselstrom von
15/25 Kv ein Transformator im Zuge versorgt,der diese Spannung
dann in Gleichstrom für die Motoren umwandelt.
Um es mal simpel zu sagen:
Gleichstrom kann man nicht einfach mit einem Trafo umwandeln.
Das geht nur bei Wechselstrom.
Also hat man die Wahl:
Entweder eine Motor-verträgliche Gleichspannung, die ist dann relativ niedrig und man muss alle Nase lang neu einspeisen oder unfassbar dicke Leiterseile nehmen.
Oder man nimmt Wechselspannung, die dann sehr hoch sein kann und wandelt im Zug mit einem Trafo um.
Bei Zügen, wo Platz und Gewicht eine Rolle spielt, wählt man also eher Gleichspannung. Das ist z.B. bei der Zugspitzbahn so.
(Übrigens sind die alten Gleichrichter-Werke der Zugspitzbahn eine Meisterleistung der Ingenieure gewesen! Wir reden hier über das Jahr 1928. Dass man da überhaupt in der Lage war, effizient 1.500V Gleichspannung ganz ohne Halbleiter mit zig hundert Ampere Stärke zu erzeugen ist schon erstaunlich).
Dass man überhaupt Gleichspannung nimmt, hat historische Gründe.
Nur Gleichstrommotoren konnte man damals mit großem Anzugmoment und einfacher Regelung (über Fahrwiderstände) realisieren.
Heute fahren z.B. die neusten Züge der Zugspitzbahn wieder mit Drehstrommotoren, die ihre Spannung über Umrichter bekommen, die von der Gleichspannungs-Oberleitung versorgt werden.
Hallo Alex,
da in den ganzen Beiträgen der Grund für die Begrenzung auf ca. 3.000 V bei Gleichstrombahnen nicht genau erläutert wurde, will ich dies noch schnell tun:
Abgesehen von der Tatsache der nicht möglichen direkten Spannungsminderung durch Trafos besteht bei Gleichspannung das Problem, dass durch die dauerhaft konstante Polung starke Elektrokorrosion einsetzt. Am stärksten wirkt sich diese am Minuspol aus. Daher wird fast immer der Pluspol auf die Schiene = Masse bzw. Erde gelegt. Ansonsten korrodiert sie übermäßig schnell. Dieser Effekt wird durch die soeben genannte Polung in verminderter Stärke auf die Oberleitung verslagert, welche sich verhältnismäßig leicht wechseln lässt. Insgesamt ist die roblematik bis 3 kV noch beherrschbar.
Ein Fakt, der sicherlich auch eine Rolle spielt, ist der, dass Schaltgeräte für Gleichstrom viel aufwändiger, teurer und voluminöser sind im Vergleich zur selben Spannungshöhe bei Wechselstrom.
MfG Marius
Danke Marius, sowas ähnliches habe ich vermutet.
Leider finde ich im Internet dazu wenig. Wie groß sind denn die Nennspannungen der größten DC und AC E-Motoren?
Die Antwort, dass Gleichspannung nicht so weit transportiert werden kann, ist natürlich nicht richtig. Eher im Gegenteil wegen Blindleistungsverlusten und Stabilitätsproblemen.
Ich kann zwar nicht beweisen, dass es keine Motoren mit noch höherer Spannung gibt, aber behaupte mal, dass das eben gemäß dieser Spannungen läuft.
Im Wechselstrombereich dürfte bei 25 kV Schluss sein. Bei Gleichstrommotoren geht es nur bis in den unteren einstelligen kV-Bereich.
Beim klassischen Gleichstrommotor braucht es ja immer einen Kommutator, über welchen beträchtliche Ströme fließen. Würde man da mit mehreren 10 kV arbeiten wollen, bekäme man das Bürstenfeuer vermutlich nicht in den Griff. Es würden sich ellenlange Lichtbögen ziehen und die Funktion stark beeinträchtigen sowie die Effizienz mindern.
Wechsel- bzw. Drehstrommotoren sind zumeist in entsprechenden Leistungsklassen als Käfig- oder Schleifringläufer ausgeführt. Diese benötigen keine Bürsten zur Übertragung des vollen Betriebsstromes. Beim Schleifringläufer handelt es sich beim Strom über die Bürsten nur um eine geringe Spannung, zumal ja kein Polungswechsel oder ähnliches stattfindet. Die Bürste schleift die ganze Zeit auf demselben Potenzial…
Mit den 25 kV bei Wechsel-/Drehstrom erkläre ich mir das vorwiegend mit den dann stark einsetzenden Teilentladungseffekten. Da man in einer Motorwicklung eine hohe Packungsdichte der Wicklungen braucht, um die Maschine kleinstmöglich bauen zu können, bekommt man solche Spannungen einfach nicht mehr isoliert.
Auch zu bedenken ist, dass die treibende Kraft eines Motors ja die Stromstärke ist. Sie ist es, die das Magnetfeld aufbaut. Also würde es nichts bringen, einen Motor mit 100 kV Nennspannung zu bauen, der dann nur 10 A fließen lässt. Technisch wäre das Nonsense.
Im übrigen ist das stärkste, was mir an E-Motoren so einfällt jener eines Propellergondelantriebes unter einem Schiff. Hier treten schon Leistungen um 20 MW auf! Das wären bei 25 kV Drehstrom 462 A Nennstrom bei einem Leistungsfaktor von 1. Also dürfte der Gesamtstrom so bei 550 A liegen. Die Wicklung müsste dann schon eben mal mit 3 bis 5 cm² Kupferleitern ausgeführt werden. Das wären 5 cm Durchmesser…
Die Auslegung auf diese Stromstärke ist für eine E-Maschine noch einigermaßen realisierbar und mehr Leistung aus einer einzigen Maschine braucht man eigentlich nirgends…