Den Wirkungsgrad maximieren: Motorverluste in PM-Synchron-Torquemotoren verstehen

Da die Sorge über den Energieverbrauch und die Auswirkungen auf die Umwelt immer größer wird, suchen viele Unternehmen nach Möglichkeiten, ihren Betrieb nachhaltiger zu gestalten. Auf der Suche nach dem optimalen Wirkungsgrad kann die Bedeutung von Elektromotoren gar nicht hoch genug eingeschätzt werden. Normen wie die IEC60034-30-1 führen die Industrie zu Systemen mit höherem Wirkungsgrad. Dieser Artikel betrachtet den Wirkungsgrad von Motoren und Verluste von Elektromotoren, insbesondere bei Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM), und erklärt, wie unser Fachwissen Ihnen dabei helfen kann, eine optimale Leistung zu erreichen.

Die Suche nach dem optimalen Wirkungsgrad

Magnetic Innovations bietet erstklassige Lösungen an, insbesondere im Bereich von Elektromotoren mit hohem Wirkungsgrad. Auf der Suche dem optimalen Wirkungsgrad für den Kunden versuchen wir, die tatsächliche Anwendung und ihren Sweet Spot zu verstehen und den Kunden mit einem Motor zu unterstützen, der für einen optimalen Gesamtwirkungsgrad in der Gesamtlösung integriert werden kann.

Um diesen optimalen Gesamtwirkungsgrad zu erreichen, setzen wir hocheffiziente Torquemotoren mit Permanentmagneten ein. Wie in unserem Artikel "Radial- im Vergleich zum Axialflussmotor“ beschrieben, sind wir davon überzeugt, dass die Topologie unserer Motoren von einigen physikalischen Vorteilen profitiert.

Bei der Integration in die Kundenanwendung können wir die Vorteile der hohen Drehmomenteigenschaften unseres Motors nutzen und eine einfache, zuverlässige und energieeffiziente Anwendung mit Direktantrieb anstelle einer Lösung mit Getriebe anstreben.

Auf diese Weise vermeiden wir potenzielle Getriebeverluste und senken den Wartungsaufwand.

Bedeutung des Motorwirkungsgrads

Um die Bedeutung des Wirkungsgrads von Motoren zu verdeutlichen, bietet die IEC60034-30-1 standard eine Klassifizierungssystem für den Wirkungsgrad von Elektromotoren. Die nebenstehende Grafik aus dieser Norm zeigt die Wirkungsgrade (IE1 bis IE4) für verschiedene Standardmotorgrößen und -typen.

Höhere IE-Klassen stehen für einen höheren Wirkungsgrad, wobei IE4 die derzeit genormten Motoren mit dem höchsten Wirkungsgrad sind, während sich IE5 in Planung befindet. Diese Klassifizierung hilft den Kunden zu verstehen, wo ihre Motoren in Bezug auf den Wirkungsgrad stehen und hilft ihnen bei der Auswahl von Motoren, die den Energieverbrauch und die Betriebskosten senken.

Motorverluste: ein Überblick

Jeder Elektromotor, auch Permanentmagnet-Synchron-Torque-Motoren, ist verlustbehaftet. Diese Verluste treten sowohl in den elektrischen als auch in den magnetischen Teilen des Motors auf, vor alle in den Kupferwicklungen und dem Stahlkern.

Die Verluste in den Wicklungen können mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden. P = I²R, wobei P die Leistung in Watt, I der Stromstärke in Ampere und R der Widerstand in Ohm ist.

Die Verluste des Stahlkerns sind komplexer und bestehen aus drei Hauptkomponenten: Hystereseverluste, Wirbelstromverluste und Überschussverluste.

Motorverluste minimieren

Um sowohl elektrische als auch magnetische Verluste zu minimieren, werden unsere Motoren anhand verschiedener Hauptstrategien entwickelt:

  • Verringerung der elektrischen Verluste: Wir verringern den Widerstand (R), indem wir einen hohen Füllfaktor in den Statorschlitzen und kurze, konzentrierte Wicklungen verwenden
  • Verringerung der magnetischen Verluste: Wir verwenden einen hochwertigen, laminierten Stahl, sorgen für eine gleichmäßig verteilte magnetische Flussdichte im Kern und konstruieren kurze magnetische Flusswege.

Ein optimaler Wirkungsgrad wird erreicht, wenn die elektrischen und magnetischen Verluste ausgeglichen sind. Diese Verluste sind jedoch anwendungsabhängig und variieren mit dem erforderlichen Drehmoment (=Stromstärke im Motor) und der Geschwindigkeit (=Fluss im Motor). Daher ist ein anwendungsoptimierter Motorentwurf entscheidend für einen hohen Gesamtwirkungsgrad.

Die Rolle von Kühlung bei der Senkung von Motorverlusten

Auch beim Einsatz hocheffizienter Motoren kann ein angemessenes Wärmemanagement über den endgültigen Wirkungsgrad entscheiden. Ein mechanischer Entwurf, der einen guten Wärmepfad für den Motor zur Ableitung der Wärme von den Statorwicklungen vorsieht, ist äußerst wichtig.

Eine unsachgemäße Kühlung kann zu einem unnötigen Temperaturanstieg führen, der sich auf die Effizienz auswirkt, indem er den Wicklungswiderstand (R) und die Magnetfeldstärke der Permanentmagnete (H) verringert. Beide temperaturabhängigen physikalischen Phänomene verringern den Wirkungsgrad.

Daher wird empfohlen, die Wärmeleitfähigkeit sorgfältig zu untersuchen und einen angemessenen Wärmepfad im endgültigen Anwendungsentwurf zu berücksichtigen.

Schlussfolgerung

Um einen optimalen Wirkungsgrad von Torquemotoren zu erreichen, ist es wichtig, die Verluste von Elektromotoren zu verstehen und zu verringern. Durch innovative Designstrategien bietet Magnetic Innovations Hochleistungslösungen. Bei diesen Lösungen stehen Faktoren wie Widerstandsreduzierung und eine effektive Kühlung im Vordergrund, was zu Wirkungsgraden von bis zu 94 % führt.

Für Unternehmen, die ihre Anwendungen mit hochmodernen Torquemotoren verbessern wollen, bietet Magnetic Innovations ein Standardsortiment an Elektromotoren, individuelle Lösungen sowie das Fachwissen, um das volle Potenzial Ihrer Systeme zu nutzen.

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