Definition und Zweck:
Kommutierung bezeichnet den Prozess der periodischen Umschaltung der Stromrichtung in den Wicklungen eines Elektromotors, um ein kontinuierliches und gleichmäßiges Drehmoment zu erzeugen und die Drehbewegung aufrechtzuerhalten. Sie ist essenziell für den Betrieb vieler Gleichstrom- und Drehstrommotoren.
Ohne Kommutierung würde das Magnetfeld des Rotors im Laufe einer Umdrehung seine Ausrichtung zum Statorfeld verlieren, was das Drehmoment aufheben oder sogar eine Bremswirkung erzeugen würde.
Arten der Kommutierung:
- Mechanische Kommutierung: Bei klassischen Gleichstrommotoren mit Bürsten und Kollektor. Der Kollektor ist ein Segmentring am Rotor, der die Stromzufuhr zu den Rotorwicklungen während der Drehung ständig umkehrt. Bürsten stellen den Kontakt her.
- Elektronische Kommutierung: Bei bürstenlosen Elektromotoren (z.B. bürstenlose Gleichstrommotoren – BLDC, Synchronmotoren) erfolgt die Kommutierung elektronisch durch den Motorregler (Servoverstärker oder Frequenzumrichter). Sensoren (z.B. Hallsensoren, Resolver, Encoder) erfassen die aktuelle Rotorposition. Basierend auf dieser Position schaltet der Regler die Ströme in den Statorwicklungen so, dass immer ein optimales Drehmoment erzeugt wird.
Relevanz in der Automatisierung:
Die präzise Kommutierung ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit von Elektromotoren, insbesondere bei Servomotoren:
- Präzise Steuerung: Die elektronische Kommutierung ermöglicht eine sehr feinfühlige und präzise Regelung von Drehzahl, Position und Drehmoment.
- Hohe Dynamik: Schnelle Schaltvorgänge ermöglichen hohe Beschleunigungen und schnelle Reaktionen.
- Wartungsfreiheit: Bürstenlose Motoren mit elektronischer Kommutierung sind verschleißfrei und wartungsarm, da keine Bürsten gewechselt werden müssen.
- Energieeffizienz: Optimierte Kommutierung trägt zur Reduzierung von Verlusten bei.
- Rückmeldesysteme: Sensoren zur Rotorpositionserfassung sind für die elektronische Kommutierung unerlässlich.
Die Kommutierung ist ein fundamentaler Aspekt der Antriebstechnik und ein Kernbestandteil moderner Servosysteme.
→ Siehe auch: Servomotor, Frequenzumrichter, Hallsensor, Encoder, Antriebstechnik
