Reluktanzmotoren: für breite Drehzahlbereiche und hohe Drehzahlen

Anders als Asynchron- und Permanentmagnetmotoren verfügen geschaltete Reluktanzmotoren über konzentrierte Wicklungen im Stator und geschichtete Stahlbleche mit ausgeprägten Zähnen im Rotor. Ein eindeutiger Vorteil dieser Konstruktion ist, dass – ähnlich wie bei Permanentmagnetmotoren – keine Joule-Verluste im Rotor auftreten. Genau wie Asynchronmotoren bieten auch geschaltete Reluktanzmotoren eine mechanisch einfache Bauweise, Robustheit und Zuverlässigkeit. Andererseits benötigen sie eine komplexere elektronische Steuerung als Asynchronmotoren. Dank dieser Eigenschaften sind geschaltete Reluktanzmotoren für eine große Bandbreite an Anwendungen geeignet, angefangen von Haushaltsgeräten und industriellen Antrieben bis hin zu Elektrofahrzeugen. Geschaltete Reluktanzmotoren eignen sich auch hervorragend für Anwendungen mit breiten Drehzahlbereichen oder hohen Drehzahlen wie Kompressoren und Werkzeugmaschinen. Für solche Anwendungen können diese Motoren eine höhere Effizienz und Leistungsdichte bieten als Asynchronmotoren gleicher Leistung. Andererseits kann die nicht zu vernachlässigende Drehmomentwelligkeit zu starken Schwingungen sowie zu signifikanter Geräuschentwicklung führen. Im Unterschied zu geschalteten Reluktanzmotoren lassen sich Synchron-Reluktanzmotoren relativ einfach so konzipieren, dass Drehmomentwelligkeit und Geräuschpegel reduziert werden und ein Sinuswellen-AC-Betrieb (Drehfeld) möglich wird.

Diese Motoren haben einen konventionellen Mehrphasen-AC-Stator und einen Rotor mit Flusssperren. Dank dieser Eigenschaften lassen sich elektronisch gesteuerte synchrone Reluktanzmotoren in einer Vielzahl industrieller und gewerblicher Anwendungen einsetzen, bei denen eine variable Drehzahl gefordert ist. Ähnlich wie geschaltete Reluktanzmotoren eignen sie sich hervorragend für einen breiten Drehzahlbereich. Der Betrieb bei hohen Geschwindigkeiten und die Motorleistung werden jedoch in hohem Maße von der Geometrie der Flusssperren im Rotorblech beeinflusst. Was diese Motoren so interessant macht ist, dass die Kosten des aktiven Materials mit denen von Asynchronmotoren vergleichbar und damit niedriger als die von Hochleistungs-Permanentmagnetmotoren sind. Darüber hinaus bieten Synchron-Reluktanzmotoren Vorzüge wie einfache Rotorabschrägung, Möglichkeit der Feldschwächung (wichtig für die Erreichung hoher Drehzahlbereiche) und hohe Überlastfähigkeit. Synchrone Reluktanzmotoren können ähnliche Energieeffizienzwerte erreichen wie Asynchronmotoren, jedoch ist der Leistungsfaktor relativ niedrig, da der Strom ca. 40 % höher als bei einem vergleichbaren Asynchronmotor ist (Bild 4).

Asynchrontechnologie bleibt marktführend

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Frage, welche Technologie am besten zur Steigerung der Effizienz in einer Fluid-Anwendung geeignet ist, von einer Reihe von Faktoren abhängt. Dazu gehören zum Beispiel Kosten, Größe und Gewicht, Zuverlässigkeit, Drehzahlbereich, Geräusch- und Schwingungsaufkommen, Wartungsfreundlichkeit sowie allgemeine Leistungsdaten. Was den Wirkungsgrad angeht, haben Permanentmagnetmotoren die höchste Leistungsfähigkeit, da bei ihnen keine Verluste im Rotor auftreten und sie deshalb in Anwendungen mit niedrigen Frequenzen und konstantem Drehmoment die beste Effizienz aufweisen. Synchrone Reluktanzmotoren können ebenfalls die Effizienzklasse IE4 erreichen, jedoch bei einem höheren Strom und niedrigeren Leistungsfaktor als Asynchronmotoren, was Größe und Kosten des Antriebs beeinflussen kann. Auch Asynchronmotoren sind bei optimaler Konstruktion und Fertigung in der Lage den Wirkungsgrad IE4 zu erreichen, was die Baureihe W22 Super Premium belegt. Damit können Entwickler schon heute die Energieeffizienz ihrer Antriebssysteme so erhöhen, dass geltende gesetzliche Vorschriften eingehalten und sogar übertroffen werden.