Synchronreluktanzmaschinen für hohen Wirkungsgrad

Die höchste vorgeschriebene Energieeffizienzklasse IE4 für elektrische Motoren nach der Ökodesign-Anforderung (VO2019/1781) stellt Hersteller in Sachen Wirkungsgrad vor Herausforderungen. Asynchronmaschinen können diese Effizienzklasse nur mit erhöhtem Entwicklungs- und Kostenaufwand erreichen. Elektromotoren-Spezialist BEN Buchele erprobt derzeit den Einsatz von Synchronreluktanzmaschinen, die einen besseren Wirkungsgrad aufweisen und so bei der Anforderung einer hohen Effizienzklasse eine gute Alternative darstellen können.

Asynchronmaschinen sind verlässliche Allround-Motoren für viele Anwendungsfälle und gelten nicht umsonst als Arbeitspferd der Elektromotoren: robust, wartungsarm, langlebig. Ihr Nachteil ist ein im Vergleich zu anderen Maschinentopologien geringerer Wirkungsgrad, vornehmlich im Teillastbereich. Synchronreluktanzmaschinen dagegen verfügen über einen besseren Wirkungsgrad, da im Rotor nur sehr geringe Verluste auftreten. Die Wirkungsweise der Synchronreluktanzmaschine beruht auf der Reluktanzkraft: Dabei strebt das System immer nach dem geringsten magnetischen Widerstand (Reluktanz) und löst so die Drehbewegung aus. Während der Rotor der Asynchronmaschine asynchron zum Drehfeld des Stators läuft, dreht sich der Rotor bei der Synchronreluktanzmaschine synchron zum Statormagnetfeld. Dadurch treten kaum Ummagnetisierungverluste auf, was für die Erreichung der IE4 sehr vorteilhaft ist.

Zu beachten ist bei der Synchronreluktanzmaschine, dass sie im Gegensatz zur Asynchronmaschine nicht netzanlauffähig ist; was einen Umrichterbetrieb voraussetzt. Im Vergleich zu früheren Zeiten, in denen der Einsatz eines Umrichters aufwendig und kostenintensiv war, ist ein Umrichterbetrieb jedoch heutzutage gang und gäbe und Investitionskosten amortisieren sich durch die eingesparten Energiekosten.

Forschungsprojekt Automobilprüfstand
Dass der Einsatz einer Synchronreluktanzmaschine für die Erreichung eines besseren Wirkungsgrads sehr aussichtsreich ist, zeigt ein Forschungsprojekt für Automobilprüfstände, in dem BEN Buchele derzeit eine Synchronreluktanzmaschine entwickelt und erprobt. Die Ausblasgeschwindigkeit in einem Querstromfahrtwindgebläse für Fahrtwindsimulationen sollte von 160 km/h auf 180 km/h gesteigert werden – bei gleichbleibender Baugröße des Motors (160) und der Auslegung auf Energieeffizienzklasse IE4. Mehr Leistung verlangt in der Regel mehr Bauraum, der jedoch begrenzt war. Erforderlich war somit eine energieeffiziente, kompakte und leistungsstarke Antriebslösung, für die BEN Buchele die Synchronreluktanzmaschine ins Spiel brachte. „Die ersten Prüfergebnisse des Prototypen sind vielversprechend“, so Bastian Kohlmann, Forschung & Entwicklung bei BEN Buchele. „Bisher werden Wirkungsgrad, Bemessungspunkte, Drehmoment und Drehzahl wie vorgesehen erreicht. Das stimmt uns für weitere Antriebsprojekte mit Synchronreluktanzmaschinen zuversichtlich.“
Geeignet sind Synchronreluktanzmaschinen überall dort, wo es im S1-Betrieb auf einen hohen Wirkungsgrad bei kleiner, kompakter Baugröße ankommt. Mögliche Applikationen sind z. B. Pumpen, Kompressoren, Turbinen oder Lüfter.

Über die BEN Buchele Elektromotorenwerke GmbH:

Motorentechnik made in Nürnberg: Seit 1931 stellt die BEN Buchele Elektromotorenwerke GmbH elektrische Maschinen im Niederspannungsbereich in Sonder- und Spezialausführungen für verschiedenste Branchen wie Schiffbau, Offshore, Klima- und Lufttechnik sowie Verkehrstechnik und Schwerindustrie her. Für das mittelständische Familienunternehmen, das in dritter Generation geführt wird, steht der Manufaktur-Gedanke im Vordergrund: Motoren werden stets nach Kundenanforderung und Einsatzzweck individuell ausgelegt und angepasst. Am Produktions- und Firmenstandort Nürnberg sind derzeit 60 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter beschäftigt.
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