Können E-Motoren mit entsprechender Ansteuerung auch langsamdrehend effizient sein und Drehmoment aufbringen?

[onemintyulep]

Das Problem was ich sehe, ist, dass für eine niedrige Geschwindigkeit bei einem Motor mit hoher Nenndrehzahl die Spannung sehr niedrig sein muss, und von daher die Leistung nicht da ist.
Das kann ich aber nicht im Detail verargumentieren, deshalb halte ich mich bedeckt
Es liest sich immer so als könne man den Phasenstrom beliebig hoch halten (abgesehen von I²*R...)

 

[jm1374]

Meine Frage bezieht sich nicht auf die Marktpraxis, sondern auf's Prinzip: Geht es, dass Motoren, die hohe Geschwindigkeiten können, auch langsamdrehend mit hohem Wirkungsgrad Drehmoment aufbringen können, wenn sie passend angesteuert werden?

Nein, das geht nicht. Wenn das technisch funktionieren würde, gäbe es keine E-Lok für den schweren Güterzugdienst und andere für schnelle Reisezüge. Anstatt verschiedene Lokomotiven zu bauen, bräuchte man nur die Ansteuerung für das jeweilige Betriebsschema auswählen.
Man muss immer einen Kompromiss eingehen. Je mehr Drehmoment man bei geringer Drehzahl möchte, desto niedriger ist die maximale Drehzahl des Motors.

 

[Alexander470815]

Die Baugröße eines Motors bestimmt ganz massiv das erreichbare dauerhaft lieferbare Drehmoment.
Natürlich lässt sich auch ein langsam drehender Motor effizient betreiben, dafür muss man da aber richtig viel Material drauf werfen(schwer, teuer) damit das effizient wird.
Oder man sagt halt das das "Nennmoment" eines vorhanden Motors jetzt nur noch 1/10 des normalen ist, das kann der dann auch effizient liefern.

Siehe Getriebelose Generatoren für Windkraftanlagen... teuer, schwer, groß aber auch Effizient.
Für mobile Anwendungen greift man deswegen fast immer zu Getriebemotoren da Getriebe sehr effizient sind und man den Elektromotor so wesentlich kleiner bauen kann.

Spannung und Strom ist erstmal egal, das kann man durch passende Wicklungen gegeneinander eintauschen.
An den Grundlegenden Eigenschaften der Maschine ändert das aber gar nichts.
Natürlich ergeben sich für gewisse Kombinationen besser Möglichkeiten der effizienten Ansteuerung.

 

[onemintyulep]

Spannung und Strom ist erstmal egal, das kann man durch passende Wicklungen gegeneinander eintauschen.

Um bei einer gegebenen Spannung eine besonders niedrige Drehzahl zu erreichen, muss die Qualität sehr hoch sein. Alles, Spalt, Magnetstärke, Wicklung.

 

[Alexander470815]

Um bei einer gegebenen Spannung eine besonders niedrige Drehzahl zu erreichen, muss die Qualität sehr hoch sein. Alles, Spalt, Magnetstärke, Wicklung.

Das eine hat mit dem andere nichts zu tun.
Je besser die Konstruktion desto höher wird die Effizienz sein.
Bei identischem Füllgrad der Wicklung und identischer Maschine(gleicher mechanischer Aufbau etc) kann man Spannung und Strom beliebig gegeneinander eintauschen.
Also ob das jetzt mit 500V 1A läuft oder 1V 500A ist vollkommen egal, zumindest aus Sicht der Maschine.
Das man natürlich bei manchen Kombinationen Probleme mit Kontaktierung und der Leistungselektronik bekommt steht auf einem anderen Blatt.
Damit ergeben sich in der Praxis eben günstige und ungünstige Kombinationen.

 

[onemintyulep]

Das eine hat mit dem andere nichts zu tun.

Hast du schonmal einen E-Motor konstruiert?
Natürlich kann man auch einen schnellen Motor optimieren, insofern stimmt das...
Also lass mich nochmal paraphrasieren: je niedriger bei gegebener Spannung und Leistung die Drehzahl sein soll, desto höher muss die Qualität sein, bezüglich a, b, c, s.o.

 

[Alexander470815]

Hast du schonmal einen E-Motor konstruiert?

Schau mal wie sich die Magnetische Feldstärke und damit die erzeugte Kraft berechnet...
In den Formeln kommt immer sowas wie I*N vor.
Also Strom mal Anzahl der Windungen.
Man kann also, bei identischem Füllgrad also der gleichen Menge Kupfer, Spannung(Windungen) und Strom(Querschnitt) gegeneinander eintauschen.
Die Eigenschaften der Maschine ändern sich nicht. Die sind Konstruktionsbedingt.

Und ob das ganze mit viel Spannung oder viel Strom läuft ist völlig egal für die reine Effizienz der Maschine.
Für das komplette Antriebssystem mit Regler sieht das natürlich anders aus.

Nimmst du die gleiche Maschine also gleiche Bleche, Magnete, Lager usw. kannst du die Wicklung beliebig auslegen.
Für viel Spannung, für viel Strom, so lange der Füllgrad gleich ist ist die Effizienz für jeden Betriebspunkt auch identisch.
Zumindest in dem begrenzten System der Maschine.
Das komplette System mit Regler, Zuleitungen usw. ist eine andere Baustelle.

 

[onemintyulep]

Die Eigenschaften der Maschine ändern sich nicht. Die sind Konstruktionsbedingt.

Wenn das Wurscht wäre gäbe es keine Untersetzungsgetriebe. Ab einem bestimmten Punkt ist es billiger, noch ein Getriebe zu spendieren, als den Motor langsamer zu machen.

 

[Alexander470815]

Wenn das Wurscht wäre gäbe es keine Untersetzungsgetriebe. Ab einem bestimmten Punkt ist es billiger, noch ein Getriebe zu spendieren, als den Motor langsamer zu machen.

Das hat aber nichts mit der Wicklung und deren "Optimierung" auf Spannung oder Strom zu tun.
Sondern damit das Maschinen die viel Drehmoment erzeugen sollen einfach baulich sehr groß, schwer und teuer sind.
Deswegen hat man halt meist baulich kleinere Maschinen und dafür ein Getriebe.

Man kann sich auf den Kopf stellen und das Teil wickeln, das wird nichts an den grundliegenden Eigenschaften ändern.
Strom und Spannung können gegeneinander eingetauscht werden, wie es die Anwendung erfordert.

Ganz andere Baustelle ist der Vergleich Getriebemaschine vs. Getriebelos.

 

[onemintyulep]

Strom und Spannung können gegeneinander eingetauscht werden, wie es die Anwendung erfordert.

Ich bin mir nicht sicher, aber vielleicht lässt du da die Komponente der magnetischen Feldstärke aussen vor.
Ich habe das gelernt als ich mal einen Generator-Rekubremse basteln wollte. Je höher die Spannung/Drehzahl, desto anspruchsvoller. Ausser bei Leistung egal.

 

[Alexander470815]

Ich bin mir nicht sicher, aber vielleicht lässt du da die Komponente der magnetischen Feldstärke aussen vor.

Was ist denn der relevante Teil aus der Formel für eine Zylinderspule der nicht durch die bauliche Konstruktion bedingt ist? I*N
10A 1Wdg 1Ohm -> 10W verlust
1A 10Wdg 10Ohm -> 10W verlust
-> gleiche Feldstärke, gleiche Kraft, gleiche Verluste, gleiche Effizienz

 

[onemintyulep]

Ich glaube das Problem war dass das ich deinen 1V 500A Motor nicht praktisch gebrauchen kann oder so

 

[Gast80936]

Nein, das geht nicht. Wenn das technisch funktionieren würde, gäbe es keine E-Lok für den schweren Güterzugdienst und andere für schnelle Reisezüge. Anstatt verschiedene Lokomotiven zu bauen, bräuchte man nur die Ansteuerung für das jeweilige Betriebsschema auswählen.

Schon mal was von einer ÖBB 1044 gehört?

 

[jm1374]

Das ist der Kompromiss von dem ich schrieb. Man verzichtet auf Drehmoment untenrum um mehr Drehzahl obenrum zu erhalten.
Wenn du schon Beispiele nennst, dann den Taurus oder die Vectron. Bei den modernen Drehstromloks werden die technischen Grenzen bis zum Maximum ausgereizt. Da spielt das Gewicht auch eher eine untergeordnete Rolle. Wenn man sich einen 10kg E-Motor ins Hinterrad baut, hat man auch alles abgedeckt. Nur wer will das?

 

[VierNullEins]

10A 1Wdg 1Ohm -> 10W verlust
1A 10Wdg 10Ohm -> 10W verlust

Ich glaube hier hast du den Denkfehler.

10A bei 1 Wdg und 1A bei 10 Wdg ergeben den gleichen magnetischen Fluss. Das passt.

10A an 1Ohm sind P = I² * R = 10A * 10A * 1Ohm = 100 Watt
1A an 10Ohm sind P = I² * R = 1A * 1A * 10Ohm = 10 Watt

 

[Alexander470815]

Ich glaube hier hast du den Denkfehler.

Ja da hast du Recht.
Es muss 0,1 Ohm und eine Windung sein.
Weil 10 fache länge bei 1/10 des Querschnitts = 100 facher Widerstand.