Erwärmung und Kühlung von mittleren Motoren

 

Das mittlere Leistungssegment wird sowohl in der Industrie und Automatisierung als auch im Antriebsstrang für die Elektromobilität verwendet, hier werden meist Asynchronmotoren sowie Synchronmotoren mit Permanentmagneten verwendet. Diese Leistungsklasse hat den stärksten und den am schnellsten wachsenden Umsatz.

 


Asynchronmotor mit Käfigläufer

KÜHLUNG UND KÜHLMITTELN

Bei den kleinsten Maschinen reichen die Gehäuseoberflächen meist, um die Verlustwärme an die Umgebung abzuführen. Kühlrippen bewirken eine Vergrösserung der Flächen und damit eine bessere Wärmeübertragung per natürliche Konvektion. Im 19. Jahrhundert war die Ausnutzung der mittleren Maschinen noch so gering, dass diese auch keine aktive Kühlung brauchten. Eine aktive Kühlung kann mit einem Lüfter oder mit einem Wassermantel realisiert werden.
Die Messungen sind im Vergleich zu grösseren Maschinen einfach zu realisieren. Oft steht deshalb eine Menge von Temperaturmessungen zur Verfügung, was eine Validierung der Rechenergebnisse ermöglicht.

 

Wassermantel 

Die Hauptungenauigkeit der Temperaturberechnung ist oft die Ungenauigkeit der vorgegebenen Eisenverluste und Magnetverluste.
Wenn der Stator mit einem Wassermantel gekühlt wird, kann die Stromdichte bei niedrigen Drehzahlen und geringen Eisenverlusten verdoppelt werden und bei hohen Drehzahlen und hohen Eisenverlusten verdreifacht werden. Für Motoren mit Magneten im Läufer ist die thermische Herausforderung nicht mehr die Temperaturen der Isolierung der Ständerwicklung sondern die Temperaturen der Magneten. Eine genaue Ermittlung der Magnetverluste ist hier sehr wichtig.

Fahrzyklen

Definierte Fahrzyklen legen die Randbedingungen und die Geschwindigkeitsabläufe fest. Der Hauptmotor eines E-Autos und alle Hilfsmotoren müssen die eigenen Fahrzyklen ohne Temperaturschaden fahren können. Der Motor startet vom kalten Zustand, er produziert Wärme, diese fließt zunächst in die Wärmekapazitäten der Bauteile und weiter in die Kühlmedien und in die Umgebung. Wenn die Bauteile eine hohe Wärmekapazität besitzen, dann werden sie sich langsam aufwärmen und langsam abkühlen.

Wenn die Erwärmungsphase relativ kurz ist, dann kann eine wesentlich höhere Stromdichte fliessen als wenn der Motor im Dauerbetrieb ist. Das nächste Bild zeigt die maximale Wicklungstemperatur von einem Motor mit Permanentmagneten. Die zwei blauen Kurven für ein Dauerbetrieb mit 24,3 A; die zwei rosa-roten Kurven für 3000 Sekunden Erwärmung gefolgt von 1000 Sekunden Abkühlung mit 26 A und die violetten Kurven für 1000 Sekunden Erwärmung gefolgt von 3000 Sekunden Abkühlung mit 44A.

Temperaturen der Ständerwicklung für Dauerbetrieb und diverse Fahrzyklen

Aktuell:
Herr Zwarg hat zahlreiche Patenten über die Kühlung von grossen Drehfeldmaschinen geschrieben   seine Patenten.
Er prüft ob Ihre technische Lösung kein Patent verletzt und er unterstützt bei der Anmeldung beim Patentamt.

 

Artikel im Mai 2017 über E-Cooling in
Zeitschrift Engineering Edge
(Artikel auf Seiten 18-19)

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