maximal möglicher Wirkungsgrad E-Motor

Hallo,
neulich hat jemand im TV beim Thema Elektroantrieb im Auto √ľber Wirkungsgrade von 95% gegen√ľber 35% beim Verbrenner gesprochen.
Das kommt mir etwas unrealistisch vor.
Wei√ü jemand, welche Wirkungsgrade derzeit typisch sind? Welche Elektromotoren werden bei E-Cars f√ľr gew√∂hnlich eingesetzt? Sind das einfache K√§figl√§ufer, oder eher Synchronmaschinen mit Permanentmagneten?
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Mark

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Mark Ise wrote:

95% w√ɬ§ren f√ɬľr einen Synchronmotor grosser Bauart z.B. fuer Schiffsantriebe eher schlecht, wo will ich da mit der Verlustw√ɬ§rme hin. Bei Asynchronmotoren kommt es u.a. auf den Schlupf an, aber so bei 95% kann der Wirkungsgrad schon ungef√ɬ§hr liegen.

Je größer der Motor, desto besser.

Das wird sich noch herausstellen. Erstere sind preiswerter, die letzteren hätten einen besseren Gesamtwirkungsgrad besonders im dynamischen Betrieb. Selbst bei der Bahn gibt es dort Philosophien, die ICE's fahren mit Asynchronmotoren, der TGV mit Synchronmotoren.
Jörg Honerla
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Hmm, wird der Schlupf eigentlich in Wšrme umgesetzt? Gruss Harald
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(Subject repariert und entumlautet)
Harald Wilhelms schrieb:

ja: durch den Schlupf wird ein Strom im Laeufer induziert, der fuer das Magnetfeld sorgt, das dann das Drehmoment macht. Da der Laeufer einen endlichen Widerstand hat, entstehen durch diesen Strom auch ohmsche Verluste, die durch Induktion aus dem Stator ersetzt werden muessen. Grob gesagt: je hoeher der Widerstand des Laeufers, desto groesser der Schlupf bei gegebenem Drehmoment (das wiederum durch die Staerke des Magnetfeldes bestimmt wird - also Strom im Laeufer sinkt -> Magnetfeld wird schwaecher -> Schlupf steigt -> induzierte Spannung steigt -> Strom steigt etc.). Bei einem supraleitenden Laeufer haette man keine ohmschen Verluste, durch den "ungebremst" fliessenden Strom ein "eingefrorenes" Magnetfeld, und damit quasi eine Synchronmaschine.
Gruss, Matthias Dingeldein
--
Nun tut mal nicht so, als ob im Osten die Thyristoren noch mit
Streichhoelzern gezuendet wurden.
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Matthias Dingeldein schrieb:

Je gr√∂sser die Ohmschen Verluste im L√§ufer, desto gr√∂sser aber auch das Anlaufmoment, siehe auch Schleifringmotor. √úberleg mal, ob ein Motor mit supraleitendem L√§ufer √ľberhaupt Moment erzeugt.
--
mfg Rolf Bombach

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Rolf_Bombach schrieb:

fast: selber anlaufen kann die Maschine dann genauso schlecht wie eine Synchronmaschine, aber ueber das Kippmoment kommt man auch mit noch so grossen Widerstaenden im Laeufer nicht rueber ;-)

interessantes Gedankenexperiment :) Ich gehe mal vom einphasigen T-Ersatzschaltbild aus (Statorverluste vernachlaessigt):
o---####---+-- --####----RRRR---+ L1 | L2' R2'/s | | # | | I2' v U1 # Lh | v | | o----------+-- -----------------+ ^Luftspalt
Dann ist die ueber den Luftspalt uebertragene Wirkleistung P = 3*(R2'/s)*(I2')^2 (1) Die Verlustleistung im Laeufer ist Pv=3*(R2')(I2')^2, die mechanische Leistung ist der Rest Pmech=P-Pv. Versucht man, die Maschine anlaufen zu lassen, bekommt man ein Problem, denn die Leistung, die man ueber den Luftspalt bekommt, ist null, und damit auch das Drehmoment (R2'/s = 0 in (1)). Hat man die Maschine anderweitig auf Synchrondrehzahl beschleunigt (z.B. durch zum Anlauf noch nicht aufgebaute Supraleitung, vgl. Anlauf- widerstaende beim Schleifringlaeufer), bekommt man wegen s=0 fuer den Term R2'/s einen Ausdruck der Form 0/0, d.h. man weiss gar nicht mehr so recht, was P denn jetzt hat. Dafuer bekommt man wegen R2'=0 Pv=0 und Pmech=(1-s)*P=P, also keine Laeuferverluste mehr. Ob man jetzt ein Drehmoment auf der Synchrondrehzahl kriegt, haengt davon ab, ob man es geschafft hat, beim Aufbau der Supraleitung ein Magnetfeld im Rotor "einzufrieren", wenn ja hat man eine Synchron- maschine mit quasi permanenterregtem Rotor, wenn nein hat man eine grosse Spule mit einem frei drehbaren Supraleiter in der Mitte, in den man kein Magnetfeld und damit auch kein Drehmoment hineinbekommt.
Das gleiche Ergebnis kriegt man, wenn man sich die n,M-Kurve anguckt fuer verschiedene Laeuferwiderstaende (Kippmoment bleibt ja konstant, nur der Kippschlupf aendert sich), die ist beim Anlauf mit Anlass- widerstaenden am Schleifring so ein Schlittenhuegel, wird mit kleinerem Widerstand dann eine Klippe, uebergehend in eine vorspringende Nase, und bei R=0 hat man ein Sprungbrett (war mir nur auf den ersten Blick nicht sicher, ob man da nicht noch irgendwelche Fiesitaeten beachten muss, die einem bei R=0 einen Strich durch die Rechnung machen und das Moment immer zu null werden lassen).
... oder hab ich was uebersehen?
Gruss, Matthias Dingeldein
--
Das Diganosesystem der BUES2000 Bahnuebergaenge von SchuB kann dir neben
Deutsch auch in Franzoesisch, Englisch, Polnisch und Ungarisch erklae-
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Hallo,
Matthias Dingeldein wrote: [...]

so in der Art. bei einem Typ 1 Supraleiter gibt es grunds√§tzlich √ľberhaupt kein Feld im supraleitenden Material. Erst mit Typ 2 funktioniert das Einfangen im Material, weil sich das winzige normalleitende Vertizes auspr√§gen k√∂nnen. Ab einer bestimmten Feldst√§rke knallt das nat√ľrlich, bei Typ 2 √ľblicherweise sp√§ter als bei Typ 1. Und da Supraleiter durchaus betr√§chtliche Enegriemengen im Feld speichern k√∂nnen, die dann mehr oder minder instantan frei werden, kann das durchaus spektakul√§r werden.
Deshalb w√ľrde man einen Supraleiter zu diesem Zweck immer als Luftspule im Sinne einer Erregerwicklung auslegen. Die ist im supraleitenden Zustand aber auch nichts anderes als ein Permanentmagnet. Kurzum, damit ist man wieder bei der Synchronmaschine. Das funktioniert nat√ľrlich. Wenn der Stator auch noch Supraleitend ist, kommt da schon ordentlich etwas raus. Nur die K√ľhlung bei gleichzeitiger mechanischer Stabilit√§t ist i.a. unrentabel.
Das Feld bekommt man in einen Spuraleiter, indem man die Spule an einer Ecke temporär aufheizt und dann entweder ein äußeres Feld erzeugt oder beidseitig des normalleitenden Punktes einen Strom einkoppelt. Da der Rest der Spule nach wie vor supraleitend ist, kann durch die normalleitende Stelle mangels Spannungsabfall auch stationär kein Strom abfließen. Nur die Induktionsspannung liegt dort an. Deshalb muss man den Strom langsam und ziemlich gleichmäßig hochfahren. (Rauschen ist auch Böse.) Bei keramischen Supraleitern ist die Leitfähigkeit im normalleitenden Zustand nicht so der Knackpunkt. Da ist dann das Netzteil begrenzend, dass die ggf. erheblichen Spannungsausschläge der Spule incl. Polaritätswechsel abkönnen muss. Abhilfe schaffen ein paar fette Begrenzerdioden parallel zur supraleitenden Spule. Der Vorteil der Strom-Methode ist, dass man ganz erhebliche Feldstärken einkoppeln kann (mehrere Tesla).
Marcel
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begin quoting, Marcel M√ľller schrieb:

Das sehe ich nicht so: Solange bei einer hypothetischen Asynchronmaschine mit widerstandsfreiem K√§fig Schlupf auftritt, "sieht" eine K√§figmasche eine Induktionsspannung, die sie nat√ľrlich mit einem entsprechenden Strom, der das verursachende Magnetfeld verdr√§ngt, wieder verschwinden l√§√üt. Ein St√§nderfeld induziert also einen K√§figstrom, und aus der √úberlagerung der beiden Felder resultiert ein Drehmoment. Wenn wir uns gerade mal an das Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine erinnern, so ist der scheinbare L√§uferwiderstand gleich R/s, was bedeutet, da√ü im synchronen Lauf s=0 kein K√§figstrom flie√üt und also kein Drehmoment anliegt. F√ľr andere s ist der K√§figwiderstand endlich, aber es spielt keine Rolle, wenn er verschwindet, die ASM l√§uft trotzdem. Der K√§fig verdr√§ngt im Betrieb ohnehin das Feld aus dem L√§ufer - bei einem supraleitenden K√§fig w√ľrde er das eben perfekt tun, so da√ü kein Eisen erforderlich w√§re, denn es w√§re "arbeitslos".
Ein supraleitender Ring wird von einem Magnetfeld abgesto√üen, obwohl es logischerweise in dessen Inneres nicht eindringen kann. Eben der durch die Ann√§herung an das Feld induzierte Strom verdr√§ngt das Feld aus dem Ring und sorgt f√ľr die absto√üende Kraft, und genauso liefe eine ASM mit supraleitendem K√§fig. Wenn die St√§nderwicklung auch noch supraleitend w√§re, liefe die Maschine elektrisch v√∂llig verlustfrei.

"Im Material", Luftspule?
Stell Dir eine ganz normale Eisendrossel mit oder ohne Luftspalt vor, mit einer zus√§tzlichen getrennten kurzgeschlossenen Windung aus supraleitendem Material oberhalb der Sprungtemperatur. Nun Gleichstrom durch die (Normal-)Wicklung: -> Magnetfeld im Eisen. Runterk√ľhlen, bis Windung supraleitend, und solange die Temperatur der Windung niedrig bleibt, kriegst Du das Magnetfeld aus dem Eisen nicht mehr heraus: Wenn Du den initialen Strom abstellst, √ľbernimmt die supraleitende Windung den Strom.

Verstehe ich nicht: Diese Induktionsspannung sollte daf√ľr sorgen, da√ü der Strom auch ein wenig durch den normalleitenden Zweig flie√üt.

Damit der "Falschrum"-Strom durch den normalleitenden Zweig klein bleibt?

Und hier fehlt dann noch: Und dann den normalleitenden Abschnitt auch runterk√ľhlen und den √§u√üeren Strom wegnehmen. Aber f√ľr eine ASM ist es eben nicht erforderlich, dem L√§ufer eine Vormagnetisierung zu verpassen. Wenn man es dennoch t√§te, um auch einen synchronen Lauf zu erm√∂glichen (im Asynchronbetrieb induziert es dann aber Rotorfrequenzspannungen im St√§nder, was das E-Werk √ľbelnimmt), braucht man aber auch Eisen im Rotor.
Gruß aus Bremen Ralf
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Hallo,
Ralf Kusmierz wrote:

stimmt, Du hast Recht, es gibt kein Feld im Inneren, weil sich ein entsprechender, entgegengesetzter Oberfl√§chenstrom auspr√§gt. Aber bez√ľglich des Drehmoments habe ich dennoch bedenken. Es setzt ja voraus, dass das Feld von Rotor und Stator leicht verdreht sind. Damit h√§tte man notwendigerweise ein von Null verschiedenes Restfeld.

M√ľsste die Maschine unter diesen Umst√§nden (Supraleiter) nicht notwendigerweise synchron laufen? Irgendwie wei√ü ich im Moment nicht so recht, wohin mit der Verlustleistung aus einem Schlupf. Irgendwie klemmen meine Gedanken noch.

Genaugenommen nicht ganz. Das mit der verlustfreien Supraleitung funktioniert nur f√ľr den DC-Fall. Aber zugegeben, bei den erwartbaren Frequenzen w√§re die Annahme gut.

Nicht Luft, es muss nur paramagnetisch (oder von mir aus diamagnetisch) sein. Aber letztlich ist das egal. Das supraleitende Material muss mechanisch angekoppelt werden. Und damit kommt die Konkurrenzsituation zwischen Wärmeleitung, Stabilität und Sprödigkeit. Und bei realistischen Temperaturen ist das gar nicht so ohne. Die gern beworbene Sprungtempertatur von HT-Supraleitern gilt nur im unbelasteten Fall. Wenn man ordentlich Bumms haben will, braucht man eine deutlich kältere Umgebung.

Ja, das ist der alternative Weg zur Magnetisierung. Mit einer Windung wird es allerdings nichts, da w√ľrde einem die kritische Stromdichte um die Ohren fliegen, zumal ja sowieso nur die Oberfl√§che beitr√§gt. Es muss also schon etwas breiteres sein.

'Der' Strom kann man nicht sagen. Es ist halt die Induktionsspannung durch magneitische Fluss√§nderung geteilt durch den √úbergangswiderstand an der Heizstelle. Da man die in den Kryostat eingebrachte Leistung √ľblicherweise klein halten will, ist dieser Bereich halt eher klein.

Der Rauschstrom muss im Prinzip komplett durch den normalleitenden Zweig, da die √ľblicherweise windungsreiche Spule den Stromschwankungen nicht beliebig schnell folgen kann. Jedenfalls nicht ohne ordentlichen Spannungshub, den die nur f√ľr extrem kleine Ausgangsspannungen ausgelegten Netzteile nicht so abk√∂nnen. Wenn der normalleitende Zweig jetzt sehr hochohmig ist, hat das Netzteil kaum eine M√∂glichkeit seine Rauschleistung loszuwerden. Ein dicker Kondensator tut da Not. Der bildet mit der Spule aber einen Resonator mit durchaus h√∂herer G√ľte, sofern sich keine magnetisch dissipativen Materialien im Feld der Spule befinden. Das alles macht die Regelung des Netzteils nicht ganz einfach.

Ja, klar. So endet die Prozedur. Dann hat man einen extremst konstanten Permanentmagnet. Allerdings nur bei Typ 1 Supraleitern. Denn bei Typ 2 können die Vertizes noch wandern, was das Feld verändert. Alle HT-Supraleiter sind Typ 2.
Jetzt muss man das Teil nur noch kalt halten, da sonst sämtliche Feldenergie auf einen Schlag frei wird - und zwar in der Spule.

Wieso Eisen im Rotor?
Marcel
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begin quoting, Marcel M√ľller schrieb:

Die Verlustleitung ist nur ein "Dreckeffekt". F√ľr das Drehmoment ist nur der L√§uferstrom I_L verantwortlich; bei endlichen L√§uferwiderst√§nden R_L verbr√§t der nebenbei auch eine Verlustleistung I_L^2*R_L/s, aber wenn R_L->0 geht, √§ndert sich an der Funktion der ASM gar nichts (mal abgesehen davon, da√ü wegen der Reihenschaltung von R_L/s und j*omega_L*L_L sich die Phasenlage des L√§uferstroms geringf√ľgig √§ndert, aber da R_L/L_L<<omega, ist das ziemlich wurscht.
Der Unterschied zwischen einer ASM und einer SM ist, da√ü bei einer ASM f√ľr s=0 (synchroner Lauf) I_L verschwindet (weil bei omega_L=0 nat√ľrlich kein Strom induziert wird) und die ASM daher ohne Schlupf auch kein Moment hat. Bei einer SM wird nat√ľrlich auch kein L√§uferstom induziert, sondern von au√üen reingesteckt (oder Permanenterregung verwendet).

Es kann sehr wohl auch ferromagnetisch sein (also: nat√ľrlich nicht das supraleitende Material, sondern der "Kern" bzw. das Blechpaket).

* M√Ė√Ė√ĖP! *
Beliebter Anf√§ngerfehler: Die magnetischen Kr√§fte in einer elektrischen Maschine wirken _nicht_ auf die Leiter, sondern auf das Eisen. F√ľr ¬Ķ = oo ist der Wicklungsraum feldfrei - wie sollen da Kr√§fte auf stromdurchflossene Leiter wirken, f√ľr "IxB" fehlt da dann "B". Die mechanische Befestigung der Wicklung ist gewisserma√üen dazu da, da√ü die Leiter nicht runterfallen bzw. im Wicklungsraum herumkl√∂tern - nat√ľrlich mu√ü sie auch noch die Stromkr√§fte zwischen den Leitern aufnehmen, aber da die Wicklungstr√§nge (meist pro Nut sowieso blo√ü ein Ober- und ein Unterstab) von parallelen Str√∂men durchflossen werden, ziehen die sich an.

Klar, Maschinen rappeln und rumpeln, mit gläsernen Leitern kommt man da nicht weit, vor allem, wenn die Vergußmasse wegen der Wärmeleitung möglichst auch noch aus Vakuum bestehen sollte.

Na, um Flu√üdichte in den Luftspalt zu kriegen: Der Strom im Supraleiter macht ja erst einmal nur Gesamt-Durchflutung, aber von den vorhandenen A/m m√∂chte man nat√ľrlich m√∂glichst viel in die paar mm unter den St√§nderpolschuhen kriegen und sie nicht nutzlos als Streufeld verbraten, also wird der restliche Feldlinienweg mit ¬Ķ=oo kurzgeschlossen.
Gruß aus Bremen Ralf
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Ralf Kusmierz schrieb:

Nicht oder nur fast nicht? Siehe auch eisenloser Glockenanker.
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mfg Rolf Bombach

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begin quoting, Rolf_Bombach schrieb:

Stehen die magnetischen Feldlinien auf dem Eisen senkrecht oder nur fast senkrecht?
Spaltet man Haare genau in der Mitte oder nur fast genau in der Mitte?
Gruß aus Bremen Ralf
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Ralf K u s m i e r z schrieb:

Maxwell lässt da ja kaum noch Zweifel, oder? Es sind magnetische Feldlinien, keine elektrischen. Es gibt keine magnetischen "Ladungen" und damit keine magnetischen Leiter im engeren Sinne. Und wie gesagt, bei eisenlosen Rotoren wirkt die Kraft vollständig auf die Leiter. Schau doch mal einen mittelprächtigen Scheibenläufer an, die wissen schon, warum das alles so massiv verpappt wird.

Fragte der Haarspalter Nr1. weit und breit.....
--
mfg Rolf Bombach

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Verluste sind praktisch immer in W√§rme fl√ľchtig...
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Ralph A. Schmid

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Nun, ich hatte Łberlegt, das der "Verlust" vielleicht in Form von Blindleistung auftritt. Ich muss aber zugeben, das ich mich in Elktromaschinentechnik nicht besonders gut auskenne. Gruss Harald
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Das gilt fast √ľberall, da√ü sich Verluste in W√§rme zeigen :)
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Ralph A. Schmid

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Hallo, Harald,
Du meintest am 10.02.09:

Verluste sind immer Wirkleistung.
Viele Gruesse! Helmut
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Hallo,
Joerg Honerla wrote:

da im Kontext E-Auto fast immer auch √ľber Rekuperation gesprochen wird, ist die Asynchronmaschine doch raus, oder?
Marcel
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begin quoting, Marcel M√ľller schrieb:

Oder.
Gruß aus Bremen Ralf
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wenn du damit sagen willst dass Asynchronmaschinen sich nicht als Generator eignen w√ľrden liegst du falsch. Auch Windgeneratoren k√∂nnen damit arbeiten, siehe auch --> l√§ufergespeiste Asynchronmaschine
http://de.wikipedia.org/wiki/Doppelt_gespeiste_Asynchronmaschine
PS. Dar√ľber habe ich meine Ing.Arbeit geschrieben ;))
PPS. Ich habe keine Ahnung welche Technik in E-Autos verwendet wird :(
Michael
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