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Remanenz-Schweif  Vorab-Versuche

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. (I < 1/2 I MAX)

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 (dPMV / 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.

 

Es wurde nach geeigneten Mess-Methoden gesucht um den Remanenz-Schweif qualitativ nachzuweisen und quantitativ zu bestimmen. Hierzu wurden folgende Vorab-Versuche durchgeführt:

 

Vorab-Versuch 1: "Nach-Eilung"

Taucht man einen zwei-poligen Rotor mit Permanentmagneten in ein Ständerblechpacket ein, so richtet sich das magnetische Feld im Eisen auf die Erregung aus.

2-poliger Rotor im Stator2-poliger Rotor im Stator

 

Dreht man den Rotor um 360° und entnimmt dann den Magneten, verbleibt im Ständereisen eine Restmagnetisierung dessen Ausrichtung der Drehrichtung hinterher-hinkt /-schleppt.

Remanenz-Feldrichtung nach 360° CWRemanenz-Feldrichtung nach 360° CW

Remanenz-Feldrichtung nach 360° CCWRemanenz-Feldrichtung nach 360° CCW

 

Vorab-Versuch 2: "Zeiger"

An der Motorwelle wird ein Zeiger befestigt der eine Masse mit veränderbarem Hebelarm trägt. Der Hebelarm und die Masse wird so gewählt, dass das entstehende Drehmoment an der 3°° Uhr Position gerade die Reibung der Lager und das Cogging überwindet.

Startet man aus der 6°° Uhr Position und bewegt den Zeiger CCW auf die 3°° Uhr Position und lässt den Zeiger los, dann fällt der Zeiger nach unten:

 

Startet man aus der 12°° Uhr Position und bewegt den Zeiger CW auf die 3°° Uhr Position und lässt den Zeiger los, bleibt der Zeiger stehen:

Zeiger CWZeiger CW

 

Das Drehmoment der Remanenz wirkt der Drehrichtung entgegen.

 

Vorab-Versuch 3: "Briefwaage"

Die Masse am Zeiger wird im Abstand zur Drehachse von 9,6 cm justiert und in der Horizontalen auf einer Briefwaage aufgelegt:

Briefwaage AbstandBriefwaage Abstand

Nähert man sich aus der 12°° Uhr Position von oben zeigt die Waage 69 Gramm. (Hierbei wird der Zeiger auf der Waage abgelegt):

Briefwaage 69gBriefwaage 69g

 Nähert man sich aus der 6°° Uhr Position von unten zeigt die Waage 153 Gramm. (Der Motor wird neben der Wagge abgelegt):

Briefwaage 153gBriefwaage 153g

Aus der gemessenen "Gewichts-Differenz" dm = 153 g - 69 g = 84 g kann man die Kraft-Differenz dF = dm * g = 0,82 N und das Drehmoment dM = dF * r = 0,08 Nm berechnen. Setzt man vorraus, dass das Drehmoment der Remanenz jeweils entgegen der Drehrichtung wirkt so ist das Rückstellmoment aus einer Richtung dM / 2 = 0,04 Nm.

Das Ergebnis ist gar nicht so schlecht, zumindest stimmt die Grössenordnung. Zur direkten quantitativen Bestimmung des Remanenz-Schweif-Moments ist die Methode aber leider zu ungenau.

 

 

 

(15.04.2017 R. Fetzner)