Spezifische Drehzahl

Die Spezifische Drehzahl (Ns) ist eine der wichtigsten Kenngrößen eines Gleichstrom-Elektromotors, die zur Antriebsauslegung oder zum Vergleichen verschiedener Motoren herangezogen werden kann. Sie wird in Upm/Volt angegeben und gibt die Drehzahl an, die der Motor (theoretisch) ohne Belastung (d.i. keine Leistungsaufnahme) beim Anlegen einer Betriebsspannung von 1V annehmen würde. Da die Leerlaufdrehzahl des Motors weitgehend proportional zur angelegten Spannung ist, läßt sich durch Multiplikation der spezifischen Drehzahl mit der Spannung die Leerlaufdrehzahl (N0) für die gewählte Betriebsspannung ausrechnen:

$N_{0}=N_{s}\cdot U$

Oft steht im Katalog nicht die spezifische Drehzahl selbst, sondern die Leerlaufdrehzahl bei einer bestimmten "Nennspannung". Hier ist

$N_{s}={\frac {N_{0}}{U}}.$

Physikalische Ursache

Die Existenz der Leerlaufdrehzahl als Maximaldrehzahl eines Elektromotors begründet sich aus der Elektromagnetischen Induktion. Nimmt man einen idealen Stromkreislauf aus einer widerstandsfreien Spule mit Induktivität L und einem Widerstand R und legt außen eine Wechselspannung U mit der Frequenz ω an, so fließt durch den Stromkreis ein Wechselstrom I, der zu U phasenverschoben ist. Die elektrische Leistung wird bei sonst gleichen Bedingungen durch die Phasenverschiebung des Stromkreises bestimmt:

$\mid R\mid ~>\!\!>~\mid \omega L\mid$

Ist der Ohm'sche Widerstand R groß gegen den Wechselstromwiderstand ω L, also eine kleine Spule oder Frequenz gegen einen großen Widerstand, so hat man Bedingungen wie beim Gleichstrom: Strom und Spannung sind in Phase, und die mittlere Leistungsaufnahme P ist:

$P=U_{0}I_{0}{\frac {1}{2\pi }}\int _{0}^{2\pi }sin^{2}\omega tdt={\frac {1}{2}}U_{0}I_{0}.$

Hier ist $U_{0},~I_{0}$ jeweils die Amplitude von Wechselspannung und -strom sowie ω die Wechselstromfrequenz.

$\mid R\mid ~<\!\!<~\mid \omega L\mid$

Bei kleiner werdendem R vergrößert sich die Phasendifferenz zwischen Wechselspannung und -strom, bis sie für R → 0 dann 90° wird. Für diesen Fall ist die mittlere Leistungsaufnahme Null, obwohl sowohl die anliegende Wechselspannung wie auch der -strom endliche von Null verschiedene Amplituden haben.

Dies ist für den beschriebenen Stromkreislauf die Entsprechung zum idealen Elektromotor, der ohne Belastung, also mit R=0 betrieben wird.