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Motor

Wirkungsgrad des Motoreingang/-ausgangs

Berechnen Sie den Wirkungsgrad, die Leistungsverluste und die Wärmeableitung des Motors anhand von Messungen des elektrischen Eingangs und der mechanischen Leistung.

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Formel

η = P_out / P_in × 100%, P_loss = P_in − P_out

η— Efficiency (%)
P_in— Electrical input power (W)
P_out— Mechanical output power (W)

Wie es funktioniert

Der Motorwirkungsgrad (ω) ist das Verhältnis der mechanischen Ausgangsleistung zur elektrischen Eingangsleistung, ausgedrückt als Prozentsatz: ω = (P_out/P_In) × 100. Zu den Verlusten gehören Kupferverluste (I²R) in den Wicklungen, Eisenverluste (Hysterese und Wirbelstrom) im Statorkern, mechanische Reibungs- und Luftverluste sowie Streulastverluste. Der Wirkungsgrad ist nicht konstant — er erreicht seinen Höhepunkt an einem bestimmten Lastpunkt (typischerweise 75— 85% des Nenndrehmoments) und fällt sowohl bei geringer Last als auch bei Überlast ab.

Bearbeitetes Beispiel

Ein 48-V-BLDC-Motor verbraucht 8,5 A und liefert gleichzeitig 320 W mechanische Leistung. Schritt 1 — Elektrische Eingangsleistung: P_in = V × I = 48 V × 8,5 A = 408 W Schritt 2 — Effizienz: ω = (P_out/P_In) × 100 = (320/408) × 100 = 78,4% Schritt 3 — Gesamtverluste: P_Verlust = P_In − P_Out = 408 − 320 = 88 W Schritt 4 — Schätzung des Temperaturanstiegs (unter der Annahme natürlicher Konvektion, Wärmewiderstand R_θ = 2 °C/W): ΔT = P_Loss × R_θ = 88 × 2 = 176 °C über der Umgebungstemperatur Schritt 5 — Fazit: Der Motor benötigt eine Umluftkühlung oder einen Kühlkörper. Bei einem Lüfter, der R_θ auf 0,5 °C/W reduziert, gilt: ΔT = 88 × 0,5 = 44 °C — akzeptabel für einen Motor mit einer Nennleistung von 85 °C.

Praktische Tipps

  • ✓Lassen Sie den Motor mit 70— 85% des Nenndrehmoments laufen, um den besten Wirkungsgrad zu erzielen; wählen Sie Ihr Übersetzungsverhältnis und Ihre Last so aus, dass der Betriebspunkt in diesem Bereich liegt
  • ✓Messen Sie bei batteriebetriebenen Systemen den Gesamtsystemwirkungsgrad (Batterie → Steuerung → Motor → Last) und nicht den Motorwirkungsgrad allein — Reglerverluste von 5— 15% wirken sich erheblich auf die Laufzeit aus
  • ✓BLDC-Motoren erreichen in der Regel einen Wirkungsgrad von 85— 95% gegenüber 70— 85% bei Bürsten-DC-Motoren ähnlicher Größe — der Kompromiss besteht in der Komplexität der Steuerung und den Kosten

Häufige Fehler

  • ✗Verwendung des Nennwirkungsgrads in allen Betriebspunkten — der Wirkungsgrad des Motors bei einer Last von 10% kann 20— 30% unter dem Spitzenwirkungsgrad liegen
  • ✗Messung nur der DC-Eingangsleistung für eine bürstenlose Motorsteuerung — Schaltverluste im Wechselrichter sind Teil des Systemverlusts und müssen berücksichtigt werden
  • ✗Ignorieren des Leistungsfaktors für AC-Induktionsmotoren — ein schlechter Leistungsfaktor bedeutet eine höhere Scheinleistung (kVA), auch wenn der Wirkungsgrad der tatsächlichen Leistung (kW) gut aussieht

Häufig gestellte Fragen

Messen Sie die DC-Eingangsleistung (V × I an den Motorklemmen) und messen Sie die mechanische Ausgangsleistung mit einem Drehmomentsensor und einem Drehzahlmesser (P_out = T × ω). Bei kleinen Motoren ist ein Dynamometer oder ein Bremstest mit einer kalibrierten Wägezelle üblich. Stellen Sie sicher, dass der Motor einen gleichbleibenden thermischen Zustand erreicht hat, bevor Sie Messungen aufzeichnen.
Das IE-Klassifizierungssystem (International Efficiency) stuft AC-Induktionsmotoren von IE1 (Standard) bis IE5 (Ultra-Premium) ein. Jede Klasse erfordert einen Mindestwirkungsgrad bei Nennlast. IE4- und IE5-Motoren sind Synchron-Reluktanz- oder Permanentmagnetmotoren mit Wirkungsgraden von über 95% bei Nennlast.
Ja — der Betrieb unter der Nennspannung erhöht den Strom bei gleichem Drehmoment, was die I²R-Kupferverluste erhöht und die Effizienz verringert. Der Betrieb über der Nennspannung erhöht die Eisenverluste. Die meisten Motoren erreichen ihren Spitzenwert innerhalb von ± 10% ihrer Nennspannung.

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