Anfängerfrage zur Leistung eines Elektromotors

[Poeschls]

Servus zusammen,
mich plagt seit langem eine Frage zu Elektromotoren. Etwas Verständnis wie ein Motor prinzipiell funktioniert und den Zusammenhang von Spannung - Stromstärke und Widerstand glaube ich zu verstehen
Daher die Frage: Wie legt sich die Leistung eines Elektromotors fest?

Ich meine, Elektromotoren der selben Leistungsklasse (z.b. 3 kW Drehstrommotor) gibt es von klein bis groß. An meiner uralten Hobelmaschine ist der 3kW Motor gefühlt 100 kg Schwer und 3 mal so groß, wie ein neuer 3 kW Motor (ebenfalls Drehstrom), den ich erst vor kurzem gekauft habe. Die Elektromotoren in Autos haben wohl auch eine ganz andere Größe als Industriemotoren.

An der puren Kupfermenge im Motor kann es ja aufgrund der verschiedenen Baugrößen ja kaum liegen. Liegt es daher an der Anzahl der Wicklungen? Oder ganz was anderes?

Prinzipiell gilt ja erstmal P=U*I (evtl noch mal Wurzel3 für Drehstrom). Wir gehen mal von gleicher Spannung aus, weil wir am selben Netz hängen. Dann kanns ja nur an der Stromstärke liegen. I=U/R. Sprich es liegt am Widerstand des Motors. Viel Widerstand gibt es da doch nicht, es sind ja nur Kupferwicklungen??

Ach ich komm da einfach nicht drauf und hab auch beim googeln nicht wirklich was gefunden. Vielleicht könnt ihr einem Interessierten Anfänger was beibringen.

Gruß
Johann

 

[patois]

Wie legt sich die Leistung eines Elektromotors fest?

Die Leistung eines Elektromotors legt sich nicht von selbst fest,
sondern ein Motor durchläuft einen langen Entwicklungsprozess,
der im Konstruktionsbüro beginnt und mit langen Testreihen
im Prüffeld endet.

Aus dem Anfragetext geht hervor, dass wohl nur sehr oberflächliche
Kenntnisse der Elektrotechnik vorhanden sind, die nicht ausreichen
dürften um das Entwicklungsgeschehen rund um eine Elektromotor-
Entwicklung in vollem Umfang verstehen zu können.

Vielleicht finde ich in meinem Fundus ein Diagramm des Heylandkreises,
das ein wichtiges Hilfsmittel bei dem Entwurf eines E-Motors ist.

https://www.thm.de/iem/images/user/novender-978/em.pdf
Heylandkreis siehe Seite 174

 

[TechnikerBW]

Es gibt keine triviale Antwort auf deine Frage.

Du müsstest dir zuerst etwas Grundwissen über verschiedene Elektromotortypen aneignen.

Alleine die Unterscheidung zwischen Asynchronmaschine und Synchronmaschine füllt Bände!

Ganz grob gesagt, spielen diverse Faktoren eine Rolle, welche Leistung ein E-Motor hat:

- Wicklungsanzahl
- Wicklungslänge
- Effektiv wirksames Magnetfeld
- Schaltungsart
- Polzahl
- Läuferdurchmesser/-länge
- Qualität bzw. Anzahl der Läuferbleche

und und und....

Generell hilft es, sich diverse Formeln für die Berechnung von E-Motoren anzuschauen und sich das Verständnis der physikalischen Zusammenhänge näherzubringen.

Heißer Tipp: Such mal nach Heyland-Kreis auf Youtube.

 

[eFuchsi]

Viel Widerstand gibt es da doch nicht, es sind ja nur Kupferwicklungen??

Da kommt noch der magnetische Fluss ins Spiel, der neben dem rein ohmschen Kupferwiderstand noch einen induktiven Widerstand bildet.

 

[patois]

Da kommt noch der magnetische Fluss ins Spiel, der neben dem rein ohmschen Kupferwiderstand noch einen induktiven Widerstand bildet.

"Viel Widerstand gibt es da doch nicht, es sind ja nur Kupferwicklungen?? "
Auf diese "Meinung" des Fragestellers bin ich garnicht erst eingegangen,
denn sie gibt ja einen deutlichen Hinweis auf den unzulänglichen Wissenstand hinsichtlich Elektrotechnik des TE.

 

[Octavian1977]

Um mal einfach an zu fangen ist schon Deine Formel nicht ganz richtig den U x I ergibt S die Scheinleistung.
Für P(wirkleistung) ist zuzätlich der cosinus Phi nötig zu wissen:
P= U x I x cosphi

Dann kommst Du allerdings immer noch nicht auf die 3kW deines Motors, denn an den Motoren wird immer die mechanische Leistung angegeben die der Motor abgeben kann.

Das was Du mit U und I errechnest ist die aufgenommene Leistung in der sind auch die Verluste enthalten die durch Wärme entstehen.

Heute werden immer mehr EC Motoren eingesetzt.
Das sind im Endeffekt auch Drehstrommotoren, allerdings gleich mit elektronik dran um Drehzahl zu regeln oder Überwachungsfunktionen an zu bieten. Die Elektronik macht dann auch aus diversen möglichen Spannungen die 3 Phasen Spannung die der Drehstrommotor hinten dran benötigt.

 

[TechnikerBW]

Um mal einfach an zu fangen ist schon Deine Formel nicht ganz richtig den U x I ergibt S die Scheinleistung.
Für P(wirkleistung) ist zuzätlich der cosinus Phi nötig zu wissen:
P= U x I x cosphi

Dann kommst Du allerdings immer noch nicht auf die 3kW deines Motors, denn an den Motoren wird immer die mechanische Leistung angegeben die der Motor abgeben kann.

Das was Du mit U und I errechnest ist die aufgenommene Leistung in der sind auch die Verluste enthalten die durch Wärme entstehen.

Heute werden immer mehr EC Motoren eingesetzt.
Das sind im Endeffekt auch Drehstrommotoren, allerdings gleich mit elektronik dran um Drehzahl zu regeln oder Überwachungsfunktionen an zu bieten. Die Elektronik macht dann auch aus diversen möglichen Spannungen die 3 Phasen Spannung die der Drehstrommotor hinten dran benötigt.

Das mit den EC-Motoren ist doch Quatsch!

Die ASM ist noch immer Standard und hat keine Elektronik "mit dran", sondern wird über einen Frequenzumrichter geregelt.

Wir reden hier doch über Industriemotoren und nicht einem Akkuschraubermotor.

Der FU "macht" auch keine Spannungen! Generell ist Uin max = Uout max.

Ein FU bzw. die von dir genannte Elektronik regelt die Frequenz und somit die Drehzahl und sorgt für relativ gleiches Drehmoment auch bei Drehzahlen ausserhalb der Netzfrequenz!

 

[Octavian1977]

Ich habe nicht geschrieben, daß es den ASM nicht mehr gibt, aber auch für größere Motoren werden immer mehr EC Motoren eingesetzt.
Gerade bei den Handwerkzeugen sehe ich allerdings den EC Motor fast überhaupt nicht.

Ein EC Motor in Pumpen oder Ventilatoren mit mehreren kW sind schon fast Standard.

Und je nach dem Wie Du den FU aufbaust kann der aus 24VDC deinen Drehstrom mit gewünschter Frequenz machen genauso wie aus 230/400.
Selbst wenn Du FUs ohne angeschraubten Motor kaufst gibt es welche für 12VDC

 

[Poeschls]

Servus zusammen,
alles klar, dann geht das ganze also doch viel tiefer, als ich gedacht habe. Dass bei mir wirklich nur oberflächliche Kenntnisse vorhanden sind ist richtig, von daher entschuldige ich mich auch für meine flapsigen Ausdrücke.
Nur kurz zum Formel der Leistung: Dass das nur die Aufnahmeleistung ist war mir klar. Mein Kenntnisstand war allerdings, dass sich die Wirkungsgrade der Elektromotoren nicht um Größenordnungen unterscheiden, sondern nur um einige Prozentpunkte. War wohl auch daneben
Vielen Dank trotzdem für die Info, dass es also nicht an "einem Bauteil" liegt, der die Leistung festlegt, sondern viele Faktoren zusammenspielen!

 

[Octavian1977]

Nunja man kann heute durchaus Motoren mit einem Wirkungsgrad von 90% erwerben, irgendwelche Uralten haben dann vielleicht 50-70% Wirkungsgrad, da gibt es erhebliche Unterschiede, auch von der Bauart her.

ein Paar gebräuchliche E-Motor Typen:
Universalmotor
Kondensatormotor (Wechselstrommotor)
Spaltpolmotor
Drehstromasynchronmotor
Synchronmotor
EC Motor
Schrittmotor

 

[schlaufon]

Ich weiß nicht mit welcher Drehzahl Dein Hobel "dreht". Industriemotoren (ohne Getriebe) laufen mit 1500..3000 U/min.
Je nach angetriebener Maschine sind unterschiedlichste Drehzahlen der Maschinenwelle (beim Hobel die Messerwelle) gefordert.
Hohe Untersetzungen z.B. 3000 U/min auf 5/min erfordern riesige schwere Getriebe. Direktangetriebe Geräte (z.B. Flex) können ohne Getriebe mit Motordrehzahl (1500 U/min) laufen.
Prüfe mal Deine Anwendungsfälle und ob Du hier wirklich E-Motoren mit gleiche Strom (A) (nicht kW!!) vergleichst oder Motor mit und ohne Getriebe. Tipp. Blick auf das Typenschild.

 

[Stromberger]

Nunja man kann heute durchaus Motoren mit einem Wirkungsgrad von 90% erwerben, irgendwelche Uralten haben dann vielleicht 50-70% Wirkungsgrad, da gibt es erhebliche Unterschiede, auch von der Bauart her.

Das hat rein gar nichts mit "alt oder jung" zu tun, sondern in erster Linie mit der Baugröße (gleicher Motortyp und Bauart vorausgesetzt, sonst macht ein Vergleich wenig Sinn).

So hat eine "alte" Asynchronmaschine mit 400 kW einen Wirkungsgrad von 96-97% (sowas gibt es schon seit vielen Jahrzehnten), eine gleichpolige "neue" ASM mit 400W aber unter 70%. Also durchaus ein gravierender Unterschied.

Wenn man jetzt noch ZUSÄTZLICH wie Du Äpfel und Birnen vergleicht

da gibt es erhebliche Unterschiede, auch von der Bauart her.

kommt am Ende nur noch "Obstquark" heraus

 

[Www]

Hohe Untersetzungen z.B. 3000 U/min auf 5/min erfordern riesige schwere Getriebe. Direktangetriebe Geräte (z.B. Flex) können ohne Getriebe mit Motordrehzahl (1500 U/min) laufen.

Wusste ich gar nicht, dass es eine Flex ohne „Winkelgetriebe“ gibt. Oberflächenfräse wäre passender!

 

[patois]

So hat eine "alte" Asynchronmaschine mit 400 kW einen Wirkungsgrad von 96-97% (sowas gibt es schon seit vielen Jahrzehnten), eine gleichpolige "neue" ASM mit 400 W aber unter 70%. Also durchaus ein gravierender Unterschied.

Ist diese unterschiedliche Leistung wirklich als Vergleich beabsichtigt ?

 

[Elektro-Blitz]

Und mit diesem, doch recht speziellem Leistungsschild ist dem TE wohl auch nicht viel gedient.-

 

[patois]

Naja, ob ein Laie damit was anfangen kann, da er erkennen können müsste,
dass hier die Daten für ein 50Hz Netz und auch die Daten für ein 60Hz Netz
dargestellt sind ?

 

[bigdie]

Das mit den EC-Motoren ist doch Quatsch!

Die ASM ist noch immer Standard und hat keine Elektronik "mit dran", sondern wird über einen Frequenzumrichter geregelt.

Wir reden hier doch über Industriemotoren und nicht einem Akkuschraubermotor.

Der FU "macht" auch keine Spannungen! Generell ist Uin max = Uout max.

Ein FU bzw. die von dir genannte Elektronik regelt die Frequenz und somit die Drehzahl und sorgt für relativ gleiches Drehmoment auch bei Drehzahlen ausserhalb der Netzfrequenz!

Doppelte Drehzahl halbes Drehmoment gilt auch beim FU somst müsste er ja die Motorleistung verdoppeln

Ich habe nicht geschrieben, daß es den ASM nicht mehr gibt, aber auch für größere Motoren werden immer mehr EC Motoren eingesetzt.
Gerade bei den Handwerkzeugen sehe ich allerdings den EC Motor fast überhaupt nicht.

Ein EC Motor in Pumpen oder Ventilatoren mit mehreren kW sind schon fast Standard.

Und je nach dem Wie Du den FU aufbaust kann der aus 24VDC deinen Drehstrom mit gewünschter Frequenz machen genauso wie aus 230/400.
Selbst wenn Du FUs ohne angeschraubten Motor kaufst gibt es welche für 12VDC

Gibt durchaus schon bürstenlose Akkuschrauber

 

[schlaufon]

Doppelte Drehzahl halbes Drehmoment gilt auch beim FU somst müsste er ja die Motorleistung verdoppeln

Sollte das Drehmoment von der Drehzahl abhängen (Betrieb über FU), dann würde es wohl kaum Einsatzgebiete für FUs geben ;-) Nein, konstantes (zumindest fast) über einen Regelbereich 1:10 (also 6 bis 60 Hz, bei 50Hz Netz) ist gefordert und gewünscht.

P.S.: Diesen "Luxus" erkauft man sich in der Praxis dadurch, dass statt eines (bei konstanter Drehzahl) ausreichenden z.B. 5,5,kW Motors ein baugrößerer z.B. 7,5kW mit FU eingesetzt wird. Leistungsreserve ist also notwendig. Die Mehrkosten des größeren Motors einschl. FU (plus Kabel, Installation etc.) müssen beim jeweiligen Einsatzfall berücksichtigt werden.
Trotzdem werden mittlerweile fast keine (mechanischen) Verstellgetriebe mehr eingesetzt. Diese verlieren nämlich tatsächlich Drehmoment bei höherer Drehzahl.

 

[Www]

Und mit diesem, doch recht speziellem Leistungsschild ist dem TE wohl auch nicht viel gedient.-

Müsste der Motor bei 60Hz nicht auch eine kleinere Leistung haben?

 

[schlaufon]

Müsste der Motor bei 60Hz nicht auch eine kleinere Leistung haben?

Nein, die benötigte Motorleistung für Maschinen wird auf 50Hz ausgelegt. (natürlich in Ländern, die das 50Hz Netz haben).
Das Drehmoment hält der FU im Bereich 6..60Hz (fast) konstant.



Quelle: https://cache.industry.siemens.com/...n_motoren_mit_hoeheren_frequenzen_v2_1_de.pdf

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