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Lisrel: Line-Start fähige synchrone Reluktanzmaschine mit hoher Effizienz

Die Reluktanztechnologie ermöglicht eine Steigerung der Energieeffizienz von elektrischen Antrieben ohne einen grösseren Ressourcenbedarf durch Überdimensionierung oder den Einsatz von Permanentmagneten. Im Projekt Lisrel wurde die synchrone Reluktanzmaschine durch Ergänzung mit einem Kurzschlusskäfig zu einer Line-Start fähigen Maschine (LSRM) ausgebaut.

Line-Start Motoren sind in der Lage, ohne aufwendige Steuerungen bei einer synchronen Drehzahl betrieben zu werden und können ohne Anlaufhilfen auf diesen Betrieb hochfahren. Da sie im stationären Betrieb ohne Schlupf arbeiten, werden im Rotor keine lastabhängigen Verluste erzeugt. Mit Hilfe von innenliegenden Flusssperren können Line-Start Motoren als Reluktanzmotoren ohne Permanentmagnete ausgeführt werden, die eine hohe Anlauffähigkeit und die Wirkungsgradkategorie IE 3 erreichen. Durch eine gezielte Optimierung der Auslegung des Rotors kann der Motor gezielt für den synchronen Betrieb oder für ein gutes Line-Start Verhalten ausgelegt werden. Die gebauten Prototypen demonstrieren den Nutzen dieser Technologie und zeigen deren Vorteile und Begrenzungen auf.

Die Rotoren der entwickelten Synchronreluktanzmotoren weisen innenliegende Flusssperren auf. Durch den zusätzlichen Kurzschlusskäfig wird eine Kombination der Drehmomenterzeugung erreicht, die in der Drehzahl-Drehmomentkennlinie sichtbar wird. Angestrebt wird eine Kennlinie, die ein hohes Anlaufmoment und in der Nähe der synchronen Drehzahl einen steilen Verlauf zeigt, um möglichst nahe an den synchronen Betrieb zu gelangen und dadurch „hineinspringen“, d. h. synchronisieren zu können.

Die Messungen des Wirkungsgrades im synchronen Betrieb zeigen, dass trotz dem Verzicht auf die Permanentmagnete die Wirkungsgradkategorie IE 3 für die Nennleistung von 180 W der Maschine erreicht werden kann. Der Prototyp P1 wurde auf das Moment im synchronen Betrieb optimiert. Der Prototyp 2 weist eine ausgesprochen gute Line-Start Fähigkeit auf. Bei Speisung mit der Nennspannung von 100 V bei 50 Hz kann er das 25 fache der Eigenträgheit zuverlässig beschleunigen und synchronisieren.

Projektdetails

Projektpartner: 

Mitfinanziert durch die KTI

Link zu unserem Projektpartner:

Ansprechpartner IMS:

Prof. Dr. Alberto Colotti

ZHAW School of Engineering
Forschungsschwerpunkt Antriebstechnik & Leistungselektronik
Technikumstrasse 9
8400 Winterthur

+41 (0) 58 934 65 41
alberto.colotti@zhaw.ch