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Eisenverluste

Die mechanischen Verluste lassen sich durch den Austrudelversuch oder durch Messung des Leerlaufstroms ermitteln. Die mechanischen Verluste sind maßgeblich geprägt durch die Magnetisierungsverluste und die Wirbelstromverluste.

 

Magnetisierungsverluste MV:

Dreht der Rotor einer Permanent-Magnet-Erregten Synchron-Maschine PMSM, wird das Ständereisen durch das magnetische Feld der Magnete ummagnetisiert. Es entstehen Ummagnetisierungsverluste. Diese entstehen unabhängig davon, ob ein momentbildender Querstrom in der Ständerwicklung fließt oder nicht !!! Die Amplitude des momentbildenden Stroms beeinflusst die Magnetisierungsverluste nicht.

Die Magnetisierungsverluste sind linear steigend mit der Drehzahl, weil das Eisen mit der Polpaarzahl pp * n innerhalb eines Zeitabschnitts ummagnetisiert wird.

Leitet man die linear steigenden Verluste über die Drehzahl ab (dP MV / dn), so erhält man ein Bremsmoment aus den Ummagnetisierungsverlusten, das über die Drehzahl konstant ist. Dieses Bremsmoment wird durch den REMANENZ-SCHWEIF im Ständereisen erzeugt. Jedes Polmaximum des Rotors z.B. Nordpol hinterlässt im Statoreisen einen Schweif Restmagnetisierung Südpol. Dieser Schweif zieht das voraus-eilende Polmaximum an und es entsteht ein - der Drehrichtung entgegengesetztes - Bremsmoment. Da der Winkel zwischen Polmaximum und Schweif unabhängig von der Drehzahl ist, ist das Bremsmoment der Ummagnetisierungsverluste drehzahlunabhängig.

 

Wirbelstromverluste WSV:

Rotieren die Läufer-Magnete, so werden im Ständereisen Wirbelströme induziert und es entstehen Wirbelstromverluste. Auch hier nimmt der momentbildende Strom nahezu keinen Einfluss. Die Wirbelstrom-Verluste steigen mit der Drehzahl ~n^1,6  - wie man aus der Fachliteratur zu diesem Thema entnehmen kann.

Leitet man die mit der Potenz 1,6 wachsenden Wirbelstrom-Verluste über die Drehzahl ab (dP WSV / dn), so erhält man das Bremsmoment der Wirbelstromverluste die mit der Drehzahl ~n^0,6 eingehen. Dieses Bremsmoment erklärt sich, weil die Wirbelströme wiederum ein magnetisches Feld erzeugen, das der Rotation (der Ursache) entgegenwirkt.

 

Weitere Informationen hierzu finden Sie in der Präsentaion: Verluste der PMSM V2.2.ppt

 

Austrudelversuch:

Diesen typischen Brems-Moment-Verlauf der Wirbelstromverluste (VISCOUS DAMPING) und der Ummagnetisierungsverluste (STATIC FRICTION) kann man leicht mit dem Austrudelversuch nachweisen.

TIP: Der Austrudelversuch sollte mit 100K Wicklungstemperatur gemacht werden, damit der temperaturabhängige Fluss der Magnete die Nenn-Magnetisierung erzeugt.

In der Betriebsart "Drehzahlregelung" stellt man eine möglichst hohe Drehzahl ein und deaktiviert den Servoverstärker. Während der Motor austrudelt wird die Position über der Zeit gemessen und in EXCEL exportiert. Dann berechnet man die erforderlichen Größen und stellt diese in Abhängigkeit der Drehzahl dar. Das Trägheitsmoment des Motors muss (möglichst genau) bekannt sein.

 

(~n) - lineare Magnetisierungsverluste & (~n^1.6) drehzahlabhängige Wirbelstromverluste(~n) - lineare Magnetisierungsverluste & (~n^1.6) drehzahlabhängige Wirbelstromverluste

 

Hier finden Sie die Auswertung eines Austrudelversuchs mit einem 1,2 Nm Motor:

AUSTRUDELN 1.2 Nm Motor V1.03.xlsx

Auswertung eines Austrudelversuchs mit einem 14,5 Nm Motor:

AUSTRUDELN 14.5 Nm Motor V1.06.xlsx

 

Messung des Leerlaufstroms:

Ist das Trägheitsmoment des Motors nicht bekannt, kann die Messung des Leerlaufstroms durchgeführt werden. Zunächst heizt man den Motor auf ca. 100K Wicklungstemperatur auf. Dann stellt man in der Betriebsart "Drehzahlregelung" eine möglichst hohe Soll-Drehzahl ein und ermittelt den Leerlaufstrom. Danach stellt man über die Maximalstrom-Begrenzung einen Maximalstrom unterhalb des gemessenen Leerlaufstroms ein. Jetzt stellt sich eine Drehzahl ein, bei der Gleichgewicht zwischen Beschleunigungsmoment und Reibmoment herrscht. Diesen Vorgang wiederholt man bei verschiedenen Stromgrenzen und ermittelt die sich einstellende Drehzahl.

 

Eisenverluste 1.2 Nm Motor gemessen über StromgrenzeEisenverluste 1.2 Nm Motor gemessen über Stromgrenze

 

Hier finden Sie die Auswertung der Messung über den Leerlaufstrom mit einem 1,2 Nm Motor:

STROMGRENZE 1.2 Nm Motor V1.01.xlsx

 

Wie die Eisenverluste die S1-Kennlinie der PMSM beeinflussen, erfahren Sie in der Power-Point-Präsentation:

Verluste der PMSM V2.2.ppt