#DRIVOGRAM: Das Reluktanz-Antriebssystem – Performance trifft Effizienz! #7
Der Reluktanzmotor ist die optimale Lösung für dynamische Anwendungen, in denen ein teurer und hochperformanter Synchronservomotor nicht nötig, ein Drehstromasynchronmotor hingegen zu träge ist. Die Energieeffizienz ist höher als bei einem IE4-Asynchronmotor gleicher Leistung. Des Weiteren benötigt es entgegen dem Synchronservomotor für den Reluktanzmotor keine Permanentmagnete mit seltenen Erden. Es ist sinnvoll, wo möglich, auf seltene Erden zu verzichten. Die massiven Umweltbelastungen und die hohen Preisschwankungen sind nur zwei von vielen weiteren Argumenten.
Das Drehmoment im Reluktanzmotor wird durch die Wirkung der Reluktanzkraft erzeugt. Dafür benötigt es einen speziellen Aufbau des Läufers. Würde man den Motor in der Breite auseinander schneiden sähe der Querschnitt des Läufers wie folgt aus:
Die Pfeile deuten die Magnetfeldlinien an. Beim grünen Pfeil wird das Magnetfeld des Stators mit einem geringen magnetischen Widerstand durch das Blech (graue Fläche) des Läufers geleitet. Beim roten Pfeil müssen die Magnetfeldlinien durch die Luftspalte (weisse Fläche), was einen hohen magnetischen Widerstand zur Folge hat. Die Magnetfeldlinien drücken in Folge dessen auf den Läufer und schieben diesen in der Abbildung um 45 Grad im Uhrzeigersinn in die optimale Position zu der stromdurchflossenen Ständerwicklung. (rechte Abbildung)
Der Motor ist grundsätzlich vierpolig ausgeführt
Zur einfacheren Veranschaulichung der Funktionsweise verwenden wir eine Skizze in zweipoligem Design:
In der Abbildung links werden die Magnetfeldlinien (in Blau) durch das Blech des Läufers geleitet. Der rote Punkt stellt hierbei die stromdurchflossene Ständerwicklung mit den umkreisenden Magnetfeldlinien dar. In der mittleren Abbildung ist zu erkennen, dass das Ständerdrehfeld ein Stück im Uhrzeigersinn gewandert ist. Nun verzieht es die blauen Magnetfeldlinien, da sie den hohen magnetischen Widerstand der Luftspalte überwinden müssen. Folglich wirkt die Reluktanzkraft und der Läufer wird ein Stück im Uhrzeigersinn in die Position des geringen Widerstandes geschoben (rechte Abbildung). Dieser Vorgang wiederholt sich bei umlaufendem Ständerdrehfeld immer wieder. So entsteht gegenüber dem Ständerdrehfeld eine synchrone Drehzahl des Läufers.
Aufgrund der vierpoligen Ausführung (Bild oben) ergibt sich bei einer Frequenz von 50Hz eine Drehzahl des Motors von 1500 1/min. Die Geschwindigkeit von 3000 1/min, analog des 2-poligen Asynchronmotors vor Abzug des Schlupfs, wird bei Reluktanzmotoren über eine Frequenzerhöhung erreicht. Die Ständerwicklung ist dann jedoch anders ausgeführt. Es gibt zu jeder Leistungsklasse für die Nenndrehzahlen von 1500 1/min. & 3000 1/min. unterschiedliche Bestellnummern
Vorteile der Reluktanztechnik gegenüber des Drehstromasynchronmotors mit Kurzschlussläufer:
Der Wirkungsgrad eines Reluktanzmotors ist im Nennpunkt etwas höher im Vergleich zu einem IE4-Asynchronmotor gleicher Leistungsklasse. Der grosse Unterschied ist jedoch im Teillastbereich zu erkennen. Hier kommen die Effizienzvorteile des Reluktanzantriebs am deutlichsten zur Geltung. In der Praxis werden viele Antriebe wegen Unklarheit, über die in der jeweiligen Anwendung tatsächlich benötigten Leistung, oft überdimensioniert. Damit soll eine Ausfallsicherheit gewährleistet werden. Der Motor läuft dann nicht im optimalen Nennpunkt und die Energieeffizienz entspricht nicht mehr den Angaben auf dem Typenschild. Auch prozessbedingt laufen vielen Antriebe im Teillastbereich. Gute Beispiele dafür sind z.B. Pumpen für die Wasserversorgung. In diesen Anwendungen punktet der Reluktanzantrieb mit seiner hohen Energieeffizienz.
Des Weiteren weist der Reluktanzantrieb sehr gute dynamische Eigenschaften auf. Der Grund dafür sind seine synchrone Drehzahl und das geringe Eigenträgheitsmoment des Läufers. Der aus Elektroblech gestanzte Läufer hat in etwa das Eigenträgheitsmoment eines IE1-Asynchronmotors. Bei einem Asynchronmotor wird eine Effizienzsteigerung mitunter durch mehr Aktivteile im Läufer erreicht. Somit wird der Läufer dieses Motortyps mit steigender Effizienzklasse von IE1 bis IE4 immer grösser und schwerer. Dies hat zur Folge, dass das Eigenträgheitsmoment steigt und der Motor in der Regelbarkeit immer träger wird.
Eine weitere positive Eigenschaft ist die thermische Reserve im Betrieb. Somit lassen sich unsere Reluktanzmotoren im Stellbereich von 1:10 mit 20% dauerhaft überlasten. Dies jedoch mit einem leicht reduzierten Wirkungsgrad.
Das Drehmoment des Motors ist über die Drehzahl hinweg nahezu konstant. In Verbindung mit der Überlastfähigkeit kann deshalb je nach Leistungsbedarf beim Reluktanzmotor eine Leistungsklasse kleiner gewählt werden als bei einem eigenbelüfteten Asynchronmotor.
Der Drehmomentverlauf des Reluktanzantriebs ist ähnlich wie bei einem fremdbelüfteten Asynchronmotor. Das sehr schnelle Ausregeln bei Laststössen erweitert die Einsatzmöglichkeiten.
Die Reluktanzregelung ist in unseren Siemens Frequenzumrichtern bereits ab Werk integriert.
Durch Eingabe des 6-stelligen Motorcodes des Motortypenschildes, kann der Frequenzumrichter unkompliziert und schnell in Betrieb genommen werden.
Die Vorteile im Überblick:
- hohe Energieeffizienz
- hohe Dynamik
- geringe thermische Erwärmung
- hohe Überlastfähigkeit
- viele Einsatzmöglichkeiten
- einfache Handhabung durch Schnellinbetriebnahme mit Motorcode
- optimal aufeinander abgestimmtes System von Motor und Umrichter
Falls Sie mehr über diese innovative Motortechnologie erfahren möchten freuen wir uns auf Ihre Kontaktaufnahme.
Siemens Schweiz AG
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