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Synchron-Reluktanzmotor

Effizienz als neue Energiequelle – wird der Asynchronmotor abgelöst?

| Autor/ Redakteur: Peter F. Brosch, Limin Shen / Reinhard Kluger

Wird der Asynchronmotor bald abgelöst? Es gibt erste Anzeichen. Denn der magnetlose Synchron-Reluktanzmotor mit IE4 ist ideal für drehzahlvariable Antriebe. Für Lastfälle mit hohen Betriebsstundenzahlen ist er die ideale Spardose.

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Fahrleistungsprüfstand für Hochgeschwindigkeits-Lokomotive, 900 kW, 235 1/min, 36500 Nm.
Fahrleistungsprüfstand für Hochgeschwindigkeits-Lokomotive, 900 kW, 235 1/min, 36500 Nm.
(ReelL it)

Die steigenden Energiepreise lenken das Augenmerk immer stärker auf die Effizienz der vielen Elektroantriebe, die drehende Arbeitsmaschinen antreiben. Neben den lang bekannten Asynchron- und Synchronmotoren taucht nun der „neue“ Synchron-Reluktanzmotor auf. Er ist speziell für drehzahlvariablen Betrieb am Umrichter – aus dem seit 90 Jahren bekannten Reluktanzmotor – entwickelt, hat mit IE4 einen ausgezeichneten Wirkungsgrad – auch im Teillastbereich – und ist besonders für Lastfälle mit hohen Betriebsstundenzahlen die ideale Spardose.

In diesem Bereich schickt er sich an, den Asynchronmotor abzulösen. Der „neue“ Synchron-Reluktanzmotor gehört zur Familie der Reluktanzmotoren. Er sollte weder mit dem Standard-Reluktanzmotor noch mit dem geschalteten Reluktanzmotor verwechselt werden.

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Synchron-Reluktanzmotor bietet optimale Führung des magnetischen Flusses

Die Besonderheit des Synchron-Reluktanzmotors ist – im Gegensatz zu seinen Brüdern – die optimierte Führung des magnetischen Flusses durch den geblechten anisotropen Läufer mit magnetisch gut leitenden Stegen in der d-Achse und mit schlecht leitenden Sperren aus „Luft“ in der q-Achse. In den Nuten seines geblechten Ständers liegt eine Standard-Drehstromwicklung; meist 4-polig ausgeführt.

Die besonders gestalteten Flussstege der Pole und die Flusssperren in den Lücken (q-Achse) sind für den effektiven Betrieb des Motors entscheidend. Je größer der magnetische Fluss in d-Richtung im Verhältnis zu dem in q-Richtung ist, desto größer ist das Spitzen-Drehmoment des Motors.

Wird die Ständerwicklung von einem Umrichter bestromt, so bildet sich ein magnetisches Motorfeld aus. Der Läufer stellt sich mit den Flussstegen der Pole in die Richtung dieses Feldes ein und synchronisiert sich mit dem Feld. Er verhakt sich quasi über „Gummifäden“ an den Polen des Feldes. Dreht sich das Feld dann im Betrieb, wird er synchron mitgenommen.

Läufer im Synchron-Reluktanzmotor lässt sich sehr kostengünstig fertigen

Über den speisenden Frequenzumrichter kann jede gewünschte (Drehfeld-)Drehzahl n ~ f (Frequenz f) eingestellt werden. Bei Belastung der Motorwelle längen sich die „Gummifäden“ und der Läufer dreht sich aus der Leerlaufwinkellage heraus; wie bei jedem Synchronmotor stellt sich lastabhängig ein Polradwinkel ϑ ein. Bei starker Überlast vergrößert sich der Polradwinkel derart, dass die „Gummifäden“ reißen und der Läufer außer Tritt fällt.

Der Läufer des Synchron-Reluktanzmotors ist, wie beschrieben, sehr einfach nur aus geschichteten Blechen aufgebaut, die von Endringen zusammengepresst und gehalten werden. Im Gegensatz zum Standard-Reluktanzmotor oder zum Asynchronmotor trägt der Läufer keine Kurzschlusswicklung aus Aluminium oder Kupfer. Auch teure permanente Magnete, wie beim Permanentmagnet-Synchronmotor (PM), sind nicht notwendig. Dadurch ist der Läufer sehr Material sparend und kostengünstig aufgebaut, wirtschaftlich zu fertigen und hat eine geringe Masse.

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