maximal möglicher Wirkungsgrad E-Motor

Hallo,
neulich hat jemand im TV beim Thema Elektroantrieb im Auto über Wirkungsgrade von 95% gegenüber 35% beim Verbrenner gesprochen. Das kommt mir etwas unrealistisch vor.
Weiß jemand, welche Wirkungsgrade derzeit typisch sind? Welche Elektromotoren werden bei E-Cars für gewöhnlich eingesetzt? Sind das einfache Käfigläufer, oder eher Synchronmaschinen mit Permanentmagneten?

Mark Ise wrote:
  Quoted Text Here  
95% wären für einen Synchronmotor grosser Bauart z.B. fuer Schiffsantriebe eher schlecht, wo will ich da mit der Verlustwärme hin. Bei Asynchronmotoren kommt es u.a. auf den Schlupf an, aber so bei 95% kann der Wirkungsgrad schon ungefähr liegen.
  Quoted Text Here  
Je größer der Motor, desto besser.
  Quoted Text Here  
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

  Quoted Text Here  
Hmm, wird der Schlupf eigentlich in Wärme umgesetzt? Gruss Harald

(Subject repariert und entumlautet)
Harald Wilhelms schrieb:
  Quoted Text Here  
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

Matthias Dingeldein schrieb:
  Quoted Text Here  
Je grösser die Ohmschen Verluste im Läufer, desto grösser aber auch das Anlaufmoment, siehe auch Schleifringmotor. Überleg mal, ob ein Motor mit supraleitendem Läufer überhaupt Moment erzeugt.

Rolf_Bombach schrieb:
  Quoted Text Here  
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 ;-)
  Quoted Text Here  
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

Hallo,
Matthias Dingeldein wrote: [...]
  Quoted Text Here  
so in der Art. bei einem Typ 1 Supraleiter gibt es grundsätzlich überhaupt kein Feld im supraleitenden Material. Erst mit Typ 2 funktioniert das Einfangen im Material, weil sich das winzige normalleitende Vertizes ausprägen können. Ab einer bestimmten Feldstärke knallt das natürlich, bei Typ 2 üblicherweise später als bei Typ 1. Und da Supraleiter durchaus beträchtliche Enegriemengen im Feld speichern können, die dann mehr oder minder instantan frei werden, kann das durchaus spektakulär werden.
Deshalb würde 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 natürlich. Wenn der Stator auch noch Supraleitend ist, kommt da schon ordentlich etwas raus. Nur die Kühlung bei gleichzeitiger mechanischer Stabilität 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

X-No-Archive: Yes
begin quoting, Marcel Müller schrieb:
  Quoted Text Here  
Das sehe ich nicht so: Solange bei einer hypothetischen Asynchronmaschine mit widerstandsfreiem Käfig Schlupf auftritt, "sieht" eine Käfigmasche eine Induktionsspannung, die sie natürlich mit einem entsprechenden Strom, der das verursachende Magnetfeld verdrängt, wieder verschwinden läßt. Ein Ständerfeld induziert also einen Käfigstrom, und aus der Überlagerung der beiden Felder resultiert ein Drehmoment. Wenn wir uns gerade mal an das Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine erinnern, so ist der scheinbare Läuferwiderstand gleich R/s, was bedeutet, daß im synchronen Lauf s=0 kein Käfigstrom fließt und also kein Drehmoment anliegt. Für andere s ist der Käfigwiderstand endlich, aber es spielt keine Rolle, wenn er verschwindet, die ASM läuft trotzdem. Der Käfig verdrängt im Betrieb ohnehin das Feld aus dem Läufer - bei einem supraleitenden Käfig würde er das eben perfekt tun, so daß kein Eisen erforderlich wäre, denn es wäre "arbeitslos".
Ein supraleitender Ring wird von einem Magnetfeld abgestoßen, obwohl es logischerweise in dessen Inneres nicht eindringen kann. Eben der durch die Annäherung an das Feld induzierte Strom verdrängt das Feld aus dem Ring und sorgt für die abstoßende Kraft, und genauso liefe eine ASM mit supraleitendem Käfig. Wenn die Ständerwicklung auch noch supraleitend wäre, liefe die Maschine elektrisch völlig verlustfrei.
  Quoted Text Here  
"Im Material", Luftspule?
Stell Dir eine ganz normale Eisendrossel mit oder ohne Luftspalt vor, mit einer zusätzlichen getrennten kurzgeschlossenen Windung aus supraleitendem Material oberhalb der Sprungtemperatur. Nun Gleichstrom durch die (Normal-)Wicklung: -> Magnetfeld im Eisen. Runterkühlen, 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, übernimmt die supraleitende Windung den Strom.
  Quoted Text Here  
Verstehe ich nicht: Diese Induktionsspannung sollte dafür sorgen, daß der Strom auch ein wenig durch den normalleitenden Zweig fließt.
  Quoted Text Here  
Damit der "Falschrum"-Strom durch den normalleitenden Zweig klein bleibt?
  Quoted Text Here  
Und hier fehlt dann noch: Und dann den normalleitenden Abschnitt auch runterkühlen und den äußeren Strom wegnehmen. Aber für eine ASM ist es eben nicht erforderlich, dem Läufer eine Vormagnetisierung zu verpassen. Wenn man es dennoch täte, um auch einen synchronen Lauf zu ermöglichen (im Asynchronbetrieb induziert es dann aber Rotorfrequenzspannungen im Ständer, was das E-Werk übelnimmt), braucht man aber auch Eisen im Rotor.
Gruß aus Bremen Ralf

Hallo,
Ralf Kusmierz wrote:
  Quoted Text Here  
stimmt, Du hast Recht, es gibt kein Feld im Inneren, weil sich ein entsprechender, entgegengesetzter Oberflächenstrom ausprägt. Aber bezüglich des Drehmoments habe ich dennoch bedenken. Es setzt ja voraus, dass das Feld von Rotor und Stator leicht verdreht sind. Damit hätte man notwendigerweise ein von Null verschiedenes Restfeld.
  Quoted Text Here  
Müsste die Maschine unter diesen Umständen (Supraleiter) nicht notwendigerweise synchron laufen? Irgendwie weiß ich im Moment nicht so recht, wohin mit der Verlustleistung aus einem Schlupf. Irgendwie klemmen meine Gedanken noch.
  Quoted Text Here  
Genaugenommen nicht ganz. Das mit der verlustfreien Supraleitung funktioniert nur für den DC-Fall. Aber zugegeben, bei den erwartbaren Frequenzen wäre die Annahme gut.
  Quoted Text Here  
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.
  Quoted Text Here  
Ja, das ist der alternative Weg zur Magnetisierung. Mit einer Windung wird es allerdings nichts, da würde einem die kritische Stromdichte um die Ohren fliegen, zumal ja sowieso nur die Oberfläche beiträgt. Es muss also schon etwas breiteres sein.
  Quoted Text Here  
'Der' Strom kann man nicht sagen. Es ist halt die Induktionsspannung durch magneitische Flussänderung geteilt durch den Übergangswiderstand an der Heizstelle. Da man die in den Kryostat eingebrachte Leistung üblicherweise klein halten will, ist dieser Bereich halt eher klein.
  Quoted Text Here  
Der Rauschstrom muss im Prinzip komplett durch den normalleitenden Zweig, da die üblicherweise windungsreiche Spule den Stromschwankungen nicht beliebig schnell folgen kann. Jedenfalls nicht ohne ordentlichen Spannungshub, den die nur für extrem kleine Ausgangsspannungen ausgelegten Netzteile nicht so abkönnen. Wenn der normalleitende Zweig jetzt sehr hochohmig ist, hat das Netzteil kaum eine Möglichkeit seine Rauschleistung loszuwerden. Ein dicker Kondensator tut da Not. Der bildet mit der Spule aber einen Resonator mit durchaus höherer Güte, sofern sich keine magnetisch dissipativen Materialien im Feld der Spule befinden. Das alles macht die Regelung des Netzteils nicht ganz einfach.
  Quoted Text Here  
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.
  Quoted Text Here  
Wieso Eisen im Rotor?
Marcel

X-No-Archive: Yes
begin quoting, Marcel Müller schrieb:
  Quoted Text Here  
Die Verlustleitung ist nur ein "Dreckeffekt". Für das Drehmoment ist nur der Läuferstrom I_L verantwortlich; bei endlichen Läuferwiderständen R_L verbrät der nebenbei auch eine Verlustleistung I_L^2*R_L/s, aber wenn R_L->0 geht, ändert sich an der Funktion der ASM gar nichts (mal abgesehen davon, daß wegen der Reihenschaltung von R_L/s und j*omega_L*L_L sich die Phasenlage des Läuferstroms geringfügig ändert, aber da R_L/L_L<<omega, ist das ziemlich wurscht.
Der Unterschied zwischen einer ASM und einer SM ist, daß bei einer ASM für s=0 (synchroner Lauf) I_L verschwindet (weil bei omega_L=0 natürlich kein Strom induziert wird) und die ASM daher ohne Schlupf auch kein Moment hat. Bei einer SM wird natürlich auch kein Läuferstom induziert, sondern von außen reingesteckt (oder Permanenterregung verwendet).
  Quoted Text Here  
Es kann sehr wohl auch ferromagnetisch sein (also: natürlich nicht das supraleitende Material, sondern der "Kern" bzw. das Blechpaket).
  Quoted Text Here  
* MÖÖÖP! *
Beliebter Anfängerfehler: Die magnetischen Kräfte in einer elektrischen Maschine wirken _nicht_ auf die Leiter, sondern auf das Eisen. Für µ = oo ist der Wicklungsraum feldfrei - wie sollen da Kräfte auf stromdurchflossene Leiter wirken, für "IxB" fehlt da dann "B". Die mechanische Befestigung der Wicklung ist gewissermaßen dazu da, daß die Leiter nicht runterfallen bzw. im Wicklungsraum herumklötern - natürlich muß sie auch noch die Stromkräfte zwischen den Leitern aufnehmen, aber da die Wicklungstränge (meist pro Nut sowieso bloß ein Ober- und ein Unterstab) von parallelen Strömen durchflossen werden, ziehen die sich an.
  Quoted Text Here  
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.
  Quoted Text Here  
Na, um Flußdichte in den Luftspalt zu kriegen: Der Strom im Supraleiter macht ja erst einmal nur Gesamt-Durchflutung, aber von den vorhandenen A/m möchte man natürlich möglichst viel in die paar mm unter den Ständerpolschuhen kriegen und sie nicht nutzlos als Streufeld verbraten, also wird der restliche Feldlinienweg mit µ=oo kurzgeschlossen.
Gruß aus Bremen Ralf

Ralf Kusmierz schrieb:
  Quoted Text Here  
Nicht oder nur fast nicht? Siehe auch eisenloser Glockenanker.

X-No-Archive: Yes
begin quoting, Rolf_Bombach schrieb:
  Quoted Text Here  
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

Ralf K u s m i e r z schrieb:
  Quoted Text Here  
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.
  Quoted Text Here  
Fragte der Haarspalter Nr1. weit und breit.....

  Quoted Text Here  
Verluste sind praktisch immer in Wärme flüchtig...
-ras

wrote:
  Quoted Text Here  
Nun, ich hatte überlegt, das der "Verlust" vielleicht in Form von Blindleistung auftritt. Ich muss aber zugeben, das ich mich in Elktromaschinentechnik nicht besonders gut auskenne. Gruss Harald

  Quoted Text Here  
Das gilt fast überall, daß sich Verluste in Wärme zeigen :)
-ras

Hallo, Harald,
Du meintest am 10.02.09:
  Quoted Text Here  
Verluste sind immer Wirkleistung.
Viele Gruesse! Helmut

Hallo,
Joerg Honerla wrote:
  Quoted Text Here  
da im Kontext E-Auto fast immer auch über Rekuperation gesprochen wird, ist die Asynchronmaschine doch raus, oder?
Marcel

X-No-Archive: Yes
begin quoting, Marcel Müller schrieb:
  Quoted Text Here  
Oder.
Gruß aus Bremen Ralf

  Quoted Text Here  
wenn du damit sagen willst dass Asynchronmaschinen sich nicht als Generator eignen würden liegst du falsch. Auch Windgeneratoren können damit arbeiten, siehe auch --> läufergespeiste Asynchronmaschine
http://de.wikipedia.org/wiki/Doppelt_gespeiste_Asynchronmaschine
PS. Darüber habe ich meine Ing.Arbeit geschrieben ;))
PPS. Ich habe keine Ahnung welche Technik in E-Autos verwendet wird :(
Michael