Gast
#6060693
Hallo, ich als Informatiker habe einen geringen IQ in Physik/E-Technik und würde gerne verstehen, wie Elektromotoren ausgelegt werden und wo die physikalischen Grenzen bzgl Leistung/Wirkungsgrad bei gegebenem Gewicht liegen. Es gibt ja sehr viele Bauformen und ganz unterschiedliche Anforderungen an Lebensdauer, Wartungsfreiheit, Gewicht, Baugröße, Robustheit, Trägheit, Anlaufverhalten und auch sehr viele Nutzungsprofile bei ggf weit auseinanderliegenden Drehzahlen/Drehmomenten sodass man bestimmt ganze Bücher mit diesem Thema füllen könnte, von den Unterschieden in der Ansteuerung/Regelung ganz zu schweigen. Daher versuche ich mal, die Frage einzuschränken und beziehe mich auf Drehstrom Asynchronmotoren (Käfigläufer) und betrachte nur den Betrieb bei einer konstanten Drehzahl. Falls man ideale Frequenzumrichter zur Verfügung habe und alle rein mechanischen Komponenten wie Gehäuse, Welle usw mal ausblendet, kann man für eine konkrete Motorgeometrie dann einigermaßen einfach die max. Leistung/Wirkungsgrad bei einer bestimmten Drehzahl berechnen? Die Verluste sind, soweit ich es verstanden habe, im Wesentlichen: -Kupferverluste -Wirbelstromverluste -Verluste im Eisen durch Ummagnetisieren -mechanische Verluste Die Eisenverluste sind wohl sehr schwer zu modellieren und hängen sehr vom Material ab, daher seien diese mal der Einfachheit halber als vernachlässigbar angenommen, ebenso mechanische Verluste durch Reibung und auch Verluste in der Leistungselektronik zur Ansteuerung. Die Wirbelstromverluste müssten relativ einfach beliebig reduziert werden können durch Reduktion der Dicke der Eisenbleche und entsprechender Erhöhung der Anzahl der Bleche. Wie lassen sich jetzt die (ohmschen) Kupferverluste beschreiben (erstmal nur die im Stator)? Der Zusammenhang ist ja bei gegebener Rotordrehzahl: Leistung <- Drehmoment <- Flussdichte im Rotor <- Strom im Stator Die Frage ist also: Bei bekannter Motorgeometrie, wieviel Strom ist notwendig, um eine bestimmte Flussdichte im Rotor zu erzielen? Der Stator besteht ja im Prinzip aus lauter radial angeordneten Spulen mit Eisenkern, die ein magnetisches Drehfeld erzeugen, in dem sich der Rotor dann dreht. An dem Punkt endet mein Verständnis von Magnetismus. Um die magnetische Flussdichte innerhalb der "Statorspulen" zu berechnen, 1. kann man einfach jede "Spule" unabhängig vom restlichen Motor betrachten? Die "Eisenkerne" der "Statorspulen" sind ja alle miteinander verbunden. Lässt sich die Flussdichte direkt aus dem Strom der jeweiligen Wicklung, der Anzahl an Windungen und der Höhe/Breite des Kerns (Statorblech) errechnen oder braucht man hier schon komplexe numerische Verfahren? 2. Ändert sich bei konstantem Strom einer normalen Spule mit Eisenkern die Flussdichte innerhalb der Spule, wenn der Eisenkern zu einem geschlossenen Ring (wie bei einem Trafo mit nur einer Wicklung) ergänzt wird? 3. Wenn man nun den Durchmesser des äußeren Teils des Rings vergrößert, verringert sich dann die Flussdichte in diesem Teil entsprechend? Vielen Dank schonmal