Synchronreluktanzmotoren sparen Energie und teure Rohstoffe

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Läufer dreht bei umlaufendem Drehfeld mit der Drehfrequenz

Das Arbeitsprinzip des Motors zeigt Bild 3 (siehe Bildergalerie) genauer: Bringt man einen Eisenstreifen in ein Magnetfeld, so versucht er sich in Richtung der Feldlinien (ψ) zu drehen und eine Position parallel zu ihnen einzunehmen. Dreht man ihn aus dieser Position heraus, entsteht ein drehwinkelabhängiges Drehmoment T. Darauf fußt das Arbeitsprinzip des Motors. Ist das Feld ein umlaufendes Drehfeld, so wird der Läufer ebenfalls mitgenommen und dreht mit der Drehfrequenz. Das Drehmoment T eines Reluktanzmotors erhält man aus den Motordaten.

Da beim anisotropen Läuferblech eines Reluktanzmotors im Vergleich zum Läuferblech eines Kurzschlussläufers stellenweise Eisen fehlen, wird etwas mehr magnetisierender Ständerstrom benötigt. Somit fällt folglich der Ständerstrom auch etwas höher aus als der beim Drehstrom-Asynchronmotor, da er den Läufer mit quasi „vergrößertem“ Luftspalt magnetisieren muss. Bild 4 gibt die Verhältnisse am Synchronreluktanzmotor und dem Standard-Asynchronmotor mit IE2 wieder. Alle Daten zeigen den erwarteten Verlauf:

Bildergalerie

KSB-Frequenzumrichter Pump Drive und der Synchronreluktanzmotor (Supreme, Bemessungsleistung: 0,75 kW) auf dem Prüfstand in der Hochschule Hannover.

Feldlinienverlauf bei einem PM-Synchronmotorläufer.

Anhand des Supreme-Motors von KSB ist ein aktueller Läufer mit Flussführungsstegen dargestellt.

Das Arbeitsprinzip eines Synchronreluktanzmotors.

Bildergalerie mit 7 Bildern

Wegen der fehlenden Läuferverluste ist der Wirkungsgrad besser.

Wegen des größeren Magnetisierungsbedarfs ist der Ständerstrom größer (und folglich der cosφ entsprechend kleiner) im Vergleich zum IE2-Motor.

Größere Ventile des Wechselrichters im Ausgang des Frequenzumrichters

Wegen des vergleichsweise größeren Ständerstroms müssen die Ventile des Wechselrichters im Ausgang des Frequenzumrichters entsprechend größer bemessen werden. Der Netzstrom des Antriebs ist davon nicht betroffen, da der Zwischenkreiskondensator den höheren Blindstrom aufbringt und quasi nur die Wirkleistung aus dem Netz gedeckt wird.

Die vom Ständerstrom erregten Läuferpole entwickeln ein synchrones Drehmoment, das Reluktanzmoment, wenn sich der Läufer im Einrastfall zum umlaufenden Drehfeld in die magnetische Vorzugsrichtung einstellt und „in Tritt“ gefallen ist. Abhängig von der Belastung stellt sich – wie bei jedem Synchronmotor – ein Polradwinkel ϑ ein. Wird das Kippmoment überschritten, fällt der Motor „außer Tritt“.

Ergänzendes zum Thema

Synchronreluktanzmotoren

Welche Unternehmen die Synchronreluktanzmotoren anbieten

Die Supreme-Motoren von KSB bis 45kW Bemessungsleistung sind grundsätzlich mit Pumpdrive drehzahlgeregelte Synchronantriebe, und bieten damit auch alle Vorteile der bedarfsgerechten Betriebsweise

Das ABB-Paket aus Synchronreluktanzmotoren und Umrichter wird für die Bemessungsleistungen 18 bis 350 kW bei 1500 min^-1 angeboten und arbeiten mit hohen Wirkungsgraden.

Um den Synchronreluktanzmotor kostengünstig zu betreiben, ist die exakte Ermittlung der Polradlage ohne Lagegeber notwendig. Dieser sensorlose Betrieb ist mit einer angepassten Software im Frequenzumrichter möglich, sodass ein teurer Läuferlagegeber entfallen kann. Ein geberloser Betrieb ist sowohl nach dem Regelprinzip der „feldorientierten Regelung“ wie bei KSB als auch mit der „direkten Drehmoment-Regelung DTC“ bei ABB erprobt und implementiert.

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Stand vom 15.04.2021

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