Feldmagnet

Ein Feldmagnet ist ein Permanent- oder Elektromagnet, der in rotierenden elektrischen Maschinen eingebaut ist, um das stationäre Magnetfeld zu erzeugen, durch das die Armatur rotiert. In Gleichstrommotoren und Generatoren ist der Feldmagnet üblicherweise am Stator (ortsfester Teil) montiert und erzeugt eine konstante oder gesteuerte Flussdichte. Dieses Feld bildet die Grundlage für die elektromagnetische Induktion: Wenn die Armaturspule durch das Feld rotiert, wird in Generatoren Spannung erzeugt oder es entsteht in Motoren ein Drehmoment.

Feldmagnete gibt es in zwei Hauptausführungen. Permanentfeldmagnete, typischerweise aus Alnico oder Ferrit-Keramik, sind fest angebracht und benötigen keine Stromzufuhr. Elektromagnete, die aus Wicklungen um einen Eisenkern bestehen, ermöglichen eine Anpassung der Feldstärke durch Veränderung des Stroms in der Spule, was eine bessere Kontrolle der Motordrehzahl oder Generatorleistung ermöglicht. Alnico-Magnete behalten ihre Festigkeit bis etwa 450°C, während Ferrit-Keramiken kostengünstiger, aber schwächer und spröder sind. Die Wahl hängt von der Leistungsklasse der Maschine, dem Betriebszyklus und davon ab, ob eine Feldregelung erforderlich ist.

Die Stärke eines Feldmagnets wird in Gauß oder Tesla angegeben. Ein typischer kleiner Gleichstrommotor könnte einen Feldmagneten mit einer Flussdichte von 0,3 bis 0,8 Tesla verwenden, während größere Industriemaschinen über 1,2 Tesla erreichen können. Die Flussdichte muss stark genug sein, um ein nutzbares Drehmoment oder eine Spannung zu erzeugen, ohne den Eisenkern zu sättigen, was zu Verlusten der magnetomotorischen Kraft und Wärmeerzeugung führt. Im Laufe der Zeit können Permanentmagnete durch Vibrationen, Temperaturwechsel oder mechanische Stöße an Festigkeit verlieren, was die Effizienz der Maschine verringert.

Feldmagnete in der Praxis

In reihenschlusserregten Gleichstrommotoren führt die Feldspule denselben Strom wie die Armatur, daher variiert die Feldstärke mit der Last und begrenzt natürlicherweise die Drehzahl bei leichter Belastung. In nebenschlusserregten Motoren ist das Feld parallel zur Armaturspeisung geschaltet, wodurch das Feld annähernd konstant bleibt. Verbundmotoren nutzen sowohl Reihen- als auch Nebenschlussspulen, um die Vorteile beider zu kombinieren. Permanentmagnet-Gleichstrommotoren ohne Kommutator haben in modernen Anwendungen viele elektromagnetische Designs ersetzt, da sie die Notwendigkeit von Kommutator-Bürsten entfallen lassen und die Größe reduzieren.

Feldmagnetschäden zeigen sich üblicherweise als Leistungsverlust, Überheizung oder Unfähigkeit, die Nennzahl zu erreichen. Bei Permanentmagnetmaschinen deutet dies auf Magnet-Degradation oder Verlust des mechanischen Kontakts zu den Polstücken hin. Bei Elektromagneten sind offene Stromkreise in der Feldwicklung oder Verlust des Feldstroms häufige Störungen. Feldmagnete sind in den meisten Motoren nicht vor Ort austauschbar; der Austausch erfordert üblicherweise den Ausbau und die Zerlegung des Statorrahmens, daher ist es wirtschaftlich oft günstiger, die gesamte Maschine stillzulegen oder zu überwickeln.