Transcript Alternative_Antriebe- Elektrisch_Maschinen

Hochschule Osnabrück
University of Applied Sciences
Tim- Christian Feix / Tim Funke / Stefan Geers / Robert Peters
Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Inhalt
1.
Einleitung
2.
Vergleich Verbrennungs- / Elektromotor
3.
Genereller Aufbau
4.
Varianten des E-Motors
1.
Gleichstrommotor
2.
Synchronmotor
3.
Asynchronmotor
4.
Reluktanzmotor
5.
Linearmotor
5.
Peripherie in Fahrzeug
6.
Ausblick
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Einleitung
Definition
•
Motoren, Generatoren: Für Wandlung von elektrischer in mechanische Energie
•
Transformatoren: Für Umformung von elektrischer Energie
Anwendung in verschiedensten Bereichen:
•
Industrie (Gabelstapler)
•
Verkehrswesen (Straßenbahn, Auto)
•
Haushalt (Kleingeräte)
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Vor- und Nachteile von elektrischen Maschinen
Vorteile:
Nachteile:
• Hohe Wirkungsgrade
• Energieversorgung
• Lokal Emissionsfrei
• Anschaffungskosten
• Geräuscharm
• Gewicht
• Hohe Lebensdauer
• Witterungsabhängig
• Kompakte Bauweise
• Drehrichtung elektronisch steuerbar
• Maximales Drehmoment aus Stillstand
• Hohe max. Drehzahl
• Einsatz als Generator möglich
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Vergleich Verbrennungs- / Elektromotor
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Vergleich Verbrennungs- / Elektromotor
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Einteilung von elektrischen Maschinen
Elektrische Maschinen
rotierende Maschinen
Linearmaschinen
stationäre Maschinen
Gleichstrommotor
Drehstrommotoren
Transformator
Asynchronmotor
Synchronmotor
Reluktanzmotor
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Genereller Aufbau
Stator Rotor
Stator Rotor
Stator Rotor
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Varianten des E-Motors - Gleichstrommotors
Joch
Hauptpol
Erregerwicklung
Polschuh
Bürsten
Anker
Ankerwicklung
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Varianten des E-Motors - Gleichstrommotor
Eigenschaften:
Hauptfluss
Kraftrichtung
Vorteile:
• Leichte Steuerung von Drehmoment und
Drehzahl
• Ausgereifte Technik
Ankerfluss
Nachteile:
• Aufwendig herzustellen
• Funktionsstörung durch Bürstenfeuer
• Verschleiß
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Varianten des E-Motors - Drehstrommotor
•
Synchronmotor
•
Asynchronmotor
•
Reluktanzmotor
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Varianten des E-Motors - Synchronmotor
•
Permanentmagnet oder Spule als Rotor
•
Rotor dreht synchron zum Drehfeld
Vorteile:
• Exakte Steuerung der Drehzahl
Nachteile:
• Aufwendig herzustellen
• Relativ hohe Masse
Anwendung als Parallelhybrid
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Varianten des E-Motors - Asynchronmotor
•
Rotor, bestehend aus Käfig mit Stangen parallel
zur Drehachse
•
Magnetfeld der Wicklung induziert Spannung in
kurzgeschlossenem Käfig
•
Rotor dreht asynchron zum Drehfeld
-> Schlupf entsteht
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Varianten des E-Motors - Asynchronmotor
Vorteile:
• Zunahme des Schlupfs mit steigendem
Drehmoment
• Langlebig
und robust
Drehzahlregulierung/-messung
• Laufruhig
Kippmoment
Schlupf
•• Können
bis zum 2,5 fachen des
Wartungsfrei
Nennmoments belastet werden
Anwendung als serieller Hybrid
Nachteile:
Drehmoment
• erforderlich
Günstige Herstellung
• Erfassung/ Steuerung der Drehzahl erforderlich
• Schlechter Wirkungsgrad bei zu hohem Drehmoment
Drehzahl
Nennmoment
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Varianten des E-Motors - Reluktanzmotor
•
Rotor dreht im Anlauf asynchron
•
Mit zunehmender Magnetisierung der
Zähne stellt sich Synchronität ein
-> Dauerbetrieb: Synchronmotor
Vorteile:
Nachteile:
• Geringer
Günstige Wirkungsgrad
Herstellung
• Kleiner
Wartungsfreiheit
Leistungsfaktor
• Laufruhe
Anwendung für mittelgroße Antriebe (100 - 300mm)
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Varianten des E-Motors - Linearmotor
Motor wird abgewickelt
•
es entsteht ein lineares Antriebssystem
•
Drehfeld wird zu Wanderfeld
•
Wanderfeld im Stator zieht Rotor mit
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Peripherie im Elektrofahrzeug (Brennstoffzellenfahrzeug)
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Peripherie im Elektrofahrzeug
•
Frequenzumrichter
•
unabdingbar bei Wechsel- und Drehstrommotoren
•
Regeln/Steuern der Frequenz und Spannung
•
hohes Losbrechmoment, sanftes Anfahren
•
Reduzierung der Leistungsabgabe des Motors
•
Umkehrung des Stroms für Rückwärtsgang
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Peripherie im Elektrofahrzeug
•
Akkumulator „Akku“ / „Batterie“
•
Lithium-Ionen-Traktionsbatterie
+ hohe Energiedichte (bis 150Wh/kg)
-
Keine Tief-Endladung
+ Geringe Selbstentladung (2% pro Monat)
-
Brandgefahr bei Beschädigung
+ Geeignet für tiefe Temp. (bis -50+°C)
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Ausblick
•
Entwicklungspotential
•
Akku (Gewicht, Ladezyklen, Energiedichte)
•
Leistungselektronik
•
Gewicht des Fahrzeugs
•
Aerodynamik des Fahrzeugs
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Alternative Antriebe – Elektrische Maschinen
Vielen Dank
für Ihre
Aufmerksamkeit!
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