Einfluss des Drahtquerschnittes auf die Motordaten

© Dr. Ralph Okon 18082005

 

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Der selbe 41mm-Stator aus einem Lüftermotor, für den Test einmal bewickelt mit etwas dünnerem und einmal mit dickerem Draht (1,0mm und 1,18mm)

Nun stellt sich die Frage:

Was bringt mir der mit einer Steigerung der Schwierigkeiten beim Bewickeln mit möglichst dickem Draht erkaufte höhere Füllgrad?

Zunächst einmal einen größeren Kupferquerschnitt und damit einen geringeren ohmschen Widerstand beim ansonsten gleich ausgelegten Motor.
Wie das sich auswirkt, zeigen die beiden folgenden Diagramme.

 

Das erste Diagramm zeigt nur die Auswirkungen der größeren Drahtstärke:
Die Kurve wandert in den Bereich höherer Leistung und vor allem: sie wird flacher!
Während sich der Maximalwert des Wirkungsgrades nicht verändert,wird dadurch der mit mindestens 90% eta max nutzbare Bereich des Motors deutlich größer.
Für sehr niedrige Leistungsforderungen ist es etwas von Nachteil, daß sich der Leerlaufstrom ebenfalls deutlich erhöht- die eta- Kurve des Motors mit geringerem Innenwiderstand beginnt auch erst weiter rechts, wie man auch im folgenden Beispiel sehen kann.

 

man kann den Innenwiderstand eines Motors auch durch die Umschaltung von Stern nach Dreieck verringern.
Wenn wir die nebenbei erzeugte Drehzahländerung mal durch die erhöhung der Betriebsspannung um den Faktor 1,73 für die Kurve der Sternschaltungausser eleminieren, ergibt sich ein sehr ähnliches Bild wie oben.
Man beachte die identischen Leerlaufdrehzahlen und den unterschiedlichen Drehzahlabfall bei wachsendem Strom!
Der Motor mit dem dickeren Drahtquerschnitt ist deutlich steifer!
Damit kann er den Punkt, wo mehr als die Hälfte der zusätzlich zugeführten Leistung als Wärme verbraten wird bei 62,5% der Leerlaufdrehzahl im praktischen Betrieb nicht erreichen.
Die "harten" Daten dazu:

KENNWERTE Y KENNWERTE D
eta max 0,802 eta max 0,785
ke 1,8208 Ncm/A ke 3,1096 Ncm/A
R i 0,12 Ohm R i 0,05 Ohm

Die geringfügige Verringerung des maximalen Wirkungsgrades könnte auf die in der Dreieckschaltug besonders zur Geltung kommenden Bauasymmetrien und dadurch entstehenden Verluste durch Kreisströme (CHRISTIAN LUCAS) zurückzuführen sein.
Vergleiche dazu hier!

Fazit:

  • Es macht Sinn, stets den höchstmöglichen Füllgrad für eine vorgegebene Windungszahl anzustreben.

  • Eine Vergrößerung des Drahtquerschnittes bringt oberhalb einer gewissen "Mindestfüllmenge" keine Verbesserung des Maximalen Wirkungsgrades mehr
    -eine sehr interessante Erkenntnis für die mit dünnerem Draht wickelnden Anfänger!

  • Die 90%- eta- Range und damit der nutzbare Drehzahlbereich verbreitert sich mit wachsendem Füllgrad

  • Eine Vergrößerung des Drahtquerschnitt erhöht die Drehzahlsteifigkeit des Motors.

  • Die gesamte Motorkurve wandert nach rechts und hat einen flacheren Gipfel - und der liegt bei deutlich höherem Leistungsdurchsatz!

  • Wer Motorgewicht sparen will, darf nicht nur an der Bewicklung zu sparen versuchen, sondern sollte besser den ganzen Motor kleiner und wieder mit optimalem Füllgrad auslegen!

Im Prinzip die gleichen Ergebnisse wurden inzwischen übrigens hier auch an deutlich kleineren Motoren gefunden.

 

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