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elektromotoren

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elektromotoren [2006/10/26 16:35] (aktuell)
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 +**[[Start]] | [[Elektrik]] | [[Technik]] | [[CityEl Umbauten]]**
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 +**__Artikel der [[Kategorie Motoren]].__ Siehe auch [[Elektromotor]] und [[Gleichstrommotor]]**
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 +====== Kurze Übersicht und Erklärungen zu Elektromotoren für Elektromobile ======
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 +Verändert übernommen aus: http://​www.elweb.de/​data/​evtechnik/​allgemein/​technik.htm -> Motoren
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 +**Für Elektrofahrzeuge verwendbare Motoren:**
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 +Es gibt eine Vielzahl von Motorbauformen,​ aber nicht alle sind für Elektrofahrzeuge geeignet. Es gibt die zwei Hauptgruppen Gleichstrom und Drehstrommotoren,​ die für Elektrofahrzeuge geeignet sind. Einphasen-Wechselstrommotoren sind nicht geeignet.
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 +Alle Motoren sind heute noch sehr schwer, da nur wenige Motoren gewichtsoptimiert sind. Elektromotoren,​ insbesondere Drehstrommotoren wurden bisher nur stationär eingebaut. Auch z.B. bei Gabelstaplermotoren spielt das Gewicht keine Rolle, im Gegenteil, der Gabelstapler braucht Gegengewicht. Das Leistungsgewicht von Elektromotoren liegt heute üblicherweise bei 0,2-0,5 kW / kg. Steigerungen bis 4 kW / kg sind zu erwarten. Vor allem neue Magnetwerkstoffe werden dazu beitragen.
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 +===== Gleichstrommotoren =====
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 +Eine Batterie liefert Gleichstrom,​ darum liegt es nahe einen Gleichstrommotor zu verwenden.
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 +Man unterscheidet zwischen:
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 +==== Reihenschlußmotoren ====
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 +Reihenschlußmotoren besitzen ein sehr hohes Anzugsmoment und sind deshalb für Elektrofahrzeuge geeignet. Durch die hohen Anfahrmomente können sehr leicht Schäden am Getriebe entstehen, so daß das Moment auf jeden Fall über den Strom begrenzt werden muß. Das Drehmoment dieses Motors fällt aber mit steigender Drehzahl sehr schnell ab, so daß evtl. ein Schaltgetriebe verwendet werden muß. Die Regelung geschieht über einen Pulsweitensteller.
 +
 +==== Nebenschlußmotoren ====
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 +Nebenschlußmotoren werden z.B. im ABB City-Stromer eingesetzt. Zu ihrer Regelung benötigt man zwei Steller, einen für den Ankerstrom und einen für das Feld. Fahren läßt sich das Fahrzeug durch Regeln des Feldes, also im Feldschwächebereich. Bei diesem Motortyp reicht im Allgemeinen ein zweistufiges Getriebe aus. Der Motor hat ein ähnliches Drehzahl/ Drehmomentverhalten wie ein Verbrennungsmotor.
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 +==== Compoundmotoren ====
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 +{{ http://​www.elweb.de/​data/​evtechnik/​bilder/​ttl180b_150px.jpg}}
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 +Compoundmotoren (Doppelschlußmotoren) sind eine Kombination aus Reihen, und Nebenschlußmotor. Sie besitzen das hohe Anzugsmoment des Reihenschlußmotors und können durch Regeln, Schalten der Nebenschluß (Compound) Wicklung eine zusätzliche Feldschwächung herbeiführen und damit den Wirkungsgrad verbessern, und die Drehzahl weiter erhöhen. Dies wird z.B. beim city el und beim neuen Microcar so gemacht.
 +
 +==== Permanenterregte Gleichstrommotoren (Dauermagnetmotoren) ====
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 +Permanenterregte Gleichstrommotoren besitzen den besten Wirkungsgrad aller Gleichstrommotoren,​ da die Energie des Feldes von einem Permanentmagnet erzeugt wird. Leider sind diese Motoren sehr wenig elastisch, bzw. der Wirkungsgrad fällt sehr stark bei fallender Drehzahl. Für ihren Betrieb ist auf jeden Fall ein Schaltgetriebe erforderlich. Der Wirkungsgrad kann über 90 % liegen.
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 +==== Wartungsarbeiten bei Gleichstrommotoren ====
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 +Oft werden bei Gleichstrommotoren die Wartungsarbeiten als Nachteil angeführt. Wechselintervalle der Kohlen liegen z.B. beim mini el bei 50.000 km. Die Zeitintervalle liegen absolut im Rahmen, wenn man bedenkt wie oft ein Ölwechsel an Verbrennungsfahreugen notwendig ist. Weitere Wartungsarbeiten sind den Motor von Kohlenstaub und anderen Verunreinigungen zu säubern sowie die Lager zu schmieren. Insgesamt sind auch Gleichstrommotoren sehr wartungsarm.
 +
 +==== Belüftung von Gleichstrommotoren ====
 +
 +Gleichstrommotore benötigen fast immer eine Belüftung. Meistens wird dies durch ein, auf der Motorwelle montiertes, Lüfterrad realisiert. Dies ist aber nicht sinnvoll. Elektrofahrzeuge mit Gleichstrommotoren benötigen ihre maximale Leistung meistens nur bei Bergfahrten. Auf der Ebene wird die Maximalleistung nicht benötigt. Bei Bergfahrten läuft das Lüfterrad relativ langsam und bringt eigentlich zu wenig Kühlleistung,​ auf der Ebene zu viel Kühlleistung und verbraucht damit unötig Energie. Deshalb ist eine Fremdbelüftung des Motors sinnvoll, die sich temperaturgesteuert einschaltet.
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 +===== Drehstrommotoren =====
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 +Drehstrommotoren werden in riesiger Stückzahl verwendet, sie sind fast alle wartungsfrei und sehr robust. Drehstrommotoren haben den Nachteil, daß sie Drehstrom benötigen, der im Fahrzeug aus der Batteriegleichspannung erzeugt werden muß.
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 +Man unterscheidet zwischen:
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 +==== Drehstromasynchronmotoren ====
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 +Der Drehstromasynchronmotor ist der Standardmotor in der Industrie schlechthin. Er ist billig, wartungsfrei,​ leicht und hat einen relativ guten Wirkungsgrad. Ein weiterer Vorteil ist, daß der Motor geschlossen sein kann, und keine Kühlluft durch den Motor fließt.
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 +Ein Teil der Energie wird durch die Erregung verbraucht, die durch die im Käfig induzierten Ströme entsteht.
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 +Ein 15 kW Asynchronmotor für ein Elektrofahrzeug kostet heute weniger als ein 2,5 kW Gleichstrommotor für ein Elektrofahrzeug,​ allerdings kostet der Frequenzumrichter fast 8-mal so viel wie ein Gleichstromsteller. Asynchronmotoren sind momentan die idealen Elektrofahrzeugmotoren,​ wie sich auch auf den verschiedenen Rennen immer wieder zeigt.
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 +==== Permanenterregte Drehstromsynchronmotoren ====
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 +Dieser Motortyp hat sehr gute Zukunftschancen,​ die aber stark von der Entwicklung der Magnetwerkstoffe abhängig sind.
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 +Die Energie für die Erregung wird bei diesem Motortyp von Permanentmagneten erzeugt. Diese Magnete müssen sehr hohen Temperaturen und Fliehkräften standhalten. Die Entwicklung bei den Magnetwerkstoffen geht sehr schnell voran, so daß bald sehr kleine, leichte und leistungsfähige Motoren entstehen werden.
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 +==== Sonderbauformen ====
 +
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 +Um höhere Drehmomente zu erzielen, werden Sonderbauformen mit mehr als dreiphasigem Drehstrom entwickelt. Bei vielphasiger (bis zu 32 Phasen) Drehstromtechnik sind alle Komponenten (Motor, Leistungsendstufe,​ Ansteuerung) entsprechend aufwendiger. Der Vorteil davon sind sehr hohe Drehmomente. Z.B. hat ein Antriebssystem für Daimler Benz mit zwei Vielphasen-Drehstrommotoren zusammen 600 Nm. Solche Motoren lassen sich dann 1:1 an das Rad übersetzen.
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 +===== Betriebsarten =====
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 +Es gibt für jeden Motor bestimmte Betriebsarten d.h. Wechsel zwischen Belastungs- und Ruhezeiten.
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 +==== S1 Dauerbetrieb ====
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 +Betrieb mit konstantem Belastungszustand,​ dessen Dauer ausreicht, den thermischen Beharrungszustand zu erreichen.
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 +==== S2 Kurzzeitbetrieb ====
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 +Betrieb mit konstantem Belastungszustand,​ der aber nicht so lange dauert, daß der thermische Beharrungszustand erreicht wird und einer nachfolgenden Pause, die so lange besteht, bis die Motortemperatur nicht mehr als 2K von der Temperatur des Kühlmittels abweicht.
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 +==== S3 Aussetzbetrieb ====
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 +Betrieb, der sich aus einer Folge gleichartiger Spiele (Spieldauer 10 min) zusammensetzt,​ von denen jedes eine Zeit mit konstanter Belastung und eine Pause umfaßt, wobei der Anlaufstrom die Erwärmung nicht merklich beeinflußt.
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 +Für Elektrofahrzeuge solllte der Motor die Nennleistung im Dauerbetrieb S1 abgeben können.
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 +Wenn sichergestellt ist, daß das Fahrzeug von der Batteriekapazität her die Nennleistung nicht länger als für den Motor zugelassen abgeben kann, so läßt sich auch ein Motor für Kurzzeitbetrieb S2 verwenden.
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 +z.B. Mini El / City-El:
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 +Entnehmbare Batteriekapazität 2 kWh, Motor 2,5 kW S2 60 min. Die Abkühlzeit des Motors ist dann durch die Aufladezeit der Akkus gewährleistet.
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 +Bei einigen Fahrzeugen wird die Motortemperatur überwacht und die Motorleistung gegebenenfalls reduziert.
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 +===== Bauformen =====
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 +Für elektrische Maschinen gibt es nicht nur eine Vielzahl von Schaltungen,​ sondern auch eine Vielzahl von Bauformen. Sie unterscheiden sich bezüglich der Anordnung der Lager, der Gehäusebefestigung,​ der Betriebslage usw.
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 +Für Elektrofahrzeuge hat sich die Bauform mit dem Kurzzeichen B5 herauskristallisiert.
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 +Dies bedeutet, ein Gehäuse ohne Füße mit einem Befestigungsflansch auf der Antriebsseite,​ zwei Lagerschilden und ein freies Wellenende.
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 +Bei vielen Elektrofahrzeugen werden die Motoren waagerecht eingebaut und an der Flanschplatte befestigt.
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 +© ralf.wagner@ralfwagner.de 1990-2002
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 +====== Links ======
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 +  * http://​www.elweb.de/​data/​evtechnik/​allgemein/​technik.htm
 +  * http://​de.wikipedia.org/​wiki/​Elektromotor
  
elektromotoren.txt · Zuletzt geändert: 2006/10/26 16:35 (Externe Bearbeitung)