09072004 by DrRalphOkon
Diese Seite ist unter Verwendung von Material von WOLGANG PLANER entstanden
Die an einem eisenhaltigen bürstenlosen Elektromotor auftretenden Verluste kann man grundsätzlich in 2 große Gruppen einteilen:
Die mechanischen Verluste
sind sämtlich Reibungsverluste.
Die bei der Wellenlagerung auftretende unerwünschte Reibung kann durch klug dimensionierte und hochwertige Kugellager gering gehalten werden.
Desweiteren entsteht Luftreibung.
Auch diese steigt mit wachsender Drehzahl und tritt beim Aussenläufer sowohl im Luftspalt als auch an der Glockenaussenfläche und am Glockenboden auf.
Diese Luftreibung ist einem gewissen Maße notwendig für einen störungsfreien Betrieb unserer Motoren, da sie die Wärmeabfuhr im Lastbetrieb verbessert.
Bei niedrigen Leistungsforderungen und sehr hohen Drehzahlen kann unter bestimmten Umständen sogar eine magnetische lagerung und ein Betrieb des Motors im Vacuum (Kreisel) Sinn machen.
Die elektrischen Verluste
entstehen in allen im Motor vorhandenen Metallischen Teilen in unterschiedlichem Maße.
Das betrifft vor allem
Ob bei einem nichteisenlosen Motor auch in der Kupferwicklung Wirbelströme entstehen, ist mir noch nicht klar.
Wenn überhaupt, dann werden diese erst bei sehr hohen Strömen und großen Drahtdurchmessern merkliche Verluste herbeiführen.
Sowohl im Statorpaket alsauch im Rückschlussring sowie unter bestimmten Umständen sogar in den Magneten entstehen Eisenverluste.
Diese Verluste sind um so höher, je höher die Drehzahl des elektrischen Systems (nicht unbedingt des Motors!) ist.
Der überwiegende Anteil dieser Eisenverluste entsteht dadurch, daß die Magnete bei Drehung ein veränderliches Feld im Statoreisen produzieren
und dadurch Wirbelstrom- und Ummagnetisierungsverluste entstehen.
Ein pulsierender Fluß induziert in allen benachbarten Leitern elektrische Spannungen.
Zu den "benachbarten" Leitern gehören natürlich auch die Träger des Flusses selbst wie die Magnete und der Eisenrückschluß.
Wenn diese Spannungen sich ausgleichen können (Stromfluß möglich), dann haben wir die berüchtigten Wirbelströme.
Diese wirken sich als Moment gegen die Drehung (Bremse) aus.
Die Verluste haben einen mit der Drehzahl linear ansteigenden Anteil (Ummagnetisierung = Hysterese) und einen quadratisch steigenden Anteil (Wirbelstrom.
Die Verluste sind auch bei Generator und/oder Leerlaufbetrieb vorhanden !
Dieses Gegenmoment muß im Leerlauf durch den Leerlaufstrom kompensiert werden.
Deshalb sind die Leerlaufverluste praktisch identisch mit den Eisenverlusten bei der jeweiligen Leerlaufdrehzahl.
Die im Stator, den Magneten und dem Rückschluss auftretenden Verluste kann man durch die Verwendung hochwertigen Statormaterials,
möglichst dünner Statorbleche sowie das axiale Kaskadieren der Magnete und "Blechen" des Rückschlussringes reduzieren.
Letzteres wird aber meistens aus mechanischen und Kostengründen bei unseren Motoren nicht gemacht (Ausnahmen gibt es).
Die Formel in der folgenden Grafik zeigt den Einfluss von Materialauswahl, Plattendicke, magnetischer Flussdichte und Betriebsfrequenz sehr anschaulich.
Das folgende Diagramm zeigt die relativen Verlustanteile auf Drehzahl und Wirkungsgrad bezogen.
Für Motore mit realiv langsam laufendem Drehfeld (unsere slowlymotoren) sind die Fe-Verluste meist essentiell geringer als die Cu-Verluste.
Insgesamt sollte man also schon beim Entwurf des Motors darauf achten, dass den genannten Verlusten durch geignete Materialauswahl möglichst wenig Angriffsfläche geboten wird.
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