Vmax bei E-Rollern mit kleinem Nummerschild

[MEroller]

Here we go again...
Vom Aufbau her sind unsere Radnabenmotoren allesamt Synchronmotoren, vom Contoller werden jeweils DIE zwei Spulen bestromt, die er von drei Hallschaltern im Motor gesagt bekommt. Egal bei welcher Drehzahl. Der einzige Schlupf ist der zwischen Reifen und Straße. Allerings können die meisten Controller nur zwei von drei Spulen gleichzeitig "beglücken", mit Rechteck bis Trapezimpulsen. Zum richtigen Synchronmotor werden unsere Radnabenmotoren nur mit einem Controller, der die Vektorregelung beherrscht, die ein richtiges sinus-Drehfeld in allen 3 Spulen simultan - und synchron mit der Drehzahl - erzeugt. Sevcon Gen 4 z.B. Asynchron werden z.B. die schnellen Theslas befeuert.

Zurück zum Thema: "maximale Nenndauerleistung von bis zu 4 kW im Falle von Elektromotoren" sagt die Richtlinie 2002/24/EG über die Klasse L1e. Solange der (gedrosselte) Controller nicht mehr Leistung dauerhaft auf den Motor loslässt, als der braucht, um 4 mechanische kW zustande zu bringen ist auch ein eigentliches L3e Zweirad als L1e einstuf- und versicherbar, ganz offiziell. Dann ist es egal, ob der Motor als 5, 8, oder was-auch-immer Motor gilt. Ein E-Motor kann nur so viel leisten, wie er auch "gefüttert" bekommt.

Das mit den häufigen 45km/h in der Stadt ist mir auch inzwischen aufgefallen, aber nur Dank dem recht genau anzeigenden Cycle Analyst. Dennoch ist eher 50km/h die sicherere v max, die im übrigen auch die Polizei abfragt (nach eigener Erfahrung). Nicht 45...

[MEroller]

Das ist doch gerade der Punkt: der Controller darf erst die Spulen anders bestromen, wenn die Hallschalter gemeldet haben, das der Drehwinkel dafür überschritten wurde. Solange das nicht der Fall ist darf der Controller höchstens den Strom erhöhen durch die betroffenen Spulen, oder er regelt ihn gar herunter zum Eigenschutz (Stichwort "locked rotor" in Kelly-Sprache).
Am einfachsten ist der klassische, gebürstete "DC"-Motor mit Permanentmagneten: Die Bürsten haben nur Kontakt mit 2 bis drei Stellen in der Ankerwicklung, und nur diese Wicklungsbereiche können daher auch bestromt weden und magnetische abstoß- und anzieh-Kräfte vom Rotor auf die Permanentnmagnete ausüben. Schlupf würde jetzt bedeuten, dass von außen jeman kommt und den Rotor z.B. rückwärts dreht. Sobald das aber passiert, dreht sich auch der Kommutator weiter und bestromt andere Spulenbereiche, die für diese Stelle die nötigen abstoß- und anzieh-Kräfte zu den Magneten erzeugt. "Schlupf" ist hier also nur bei mechanisch erzwungener Rückdrehung möglich. Solange sich der Rotor nicht dreht, dreht auch das Magnetfeld nicht weiter. Deshalb nennt man das "Synchronmaschine".

Aus dem Wikipedia-Artikel zur "Drehstrom-Synchronmaschine" (kursives ist selbst hinzugefügt):

Die Synchronmaschine trägt ihren Namen wegen der Betriebseigenschaft, dass ihr Läufer exakt mit dem durch die Netzfrequenz (bzw. in unserem Fall durch von der Raddrehzahl abhänginge Hallschalter-Schaltstellungen) vorgegebenen Drehfeld synchron umläuft. Das unterscheidet Synchronmaschinen klar von Asynchronmaschinen, deren Läufer dem Drehfeld im Motorbetrieb nach- und im Generatorbetrieb voreilen.

Leider hat Nanotec die nette und lehrreiche Schrittmotoranimation derzeit nicht verlinkt auf der Webseite...

[Gluehbert]

Bis ich gegenteiliges lese oder höre gehe ich davon aus, das in unseren Rollern Bürstenlose Gleichstrommaschinen (mechanisch (nahezu) identisch mit Synchronmaschinen) verbaut sind. Die Abweichungen stammen, wenn sie denn vorhanden sind daher, dass man durch Verformung des Feldes im Innern Drehmomentschwankungen minimieren möchte, die im Betrieb mir Sinusstrom gar nicht auftreten würden, bei unserem Rechteck- oder Trapezstrom aber eben doch.

Synchronmaschinen werden zum Antrieb von Arbeitsmaschinen in der Tat normalerweise nicht benutz: Eine Synchronmaschine läuft am Netz nicht von allein hoch. Ausnahme: Der Läufer besitzt einen Dämpferkäfig, dann kann die Maschine asynchron hochlaufen und wird dann, wenn sie in der Nähe der Leerlaufdrehzahl ankommt, in den Synchronismus gezogen. Hat man aber einen Stromrichter zur Verfügung, sieht die Sache ganz anders aus: Dann verliert die Asynchronmaschine ihren Vorteil gegenüber der Synchronmaschine und es bleiben nur noch die Nachteile übrig: Eine Asynchronmaschine kann keine 100% Wirkungsgrad haben, nicht mal theoretisch. Dazu müsste der Läufer supraleitend sein, dann bekommt man aber kein Feld mehr in den Läufer rein, weil sofort Induktionsspannungen auftreten, deren Ströme das Feld wieder herausdrängen. Lässt man die Maschine erst hochlaufen und macht die Läuferstäbe dann supraleitend, bekommt man das Feld nicht mehr heraus, es "rastet" sozusagen im Läufer ein. Ergebnis: Die Asynchronmaschine wird zur Synchronmaschine. Eine Synchronmaschine hat somit keine Läuferverluste (zur Erregung kann man ja NdFeB-Magnete statt Elektromagnete nehmen), es treten nur die Verluste in der Ankerwicklung sowie Reibungsverluste auf.

Diese Tendenz erkennt man auch bei der Schleifringläufermaschine: Macht man den Widerstand im Läuferkreis groß, so hat man ein hohes Anzugsmoment. Verkleinert man den Widerstand, sinkt das Anzugsmoment, gleichzeitig wandert das Kippmoment immer weiter Richtung Leerlaufdrehzahl. Im Grenzfall wie oben beschrieben, R = 0 (supraleitende Läuferwicklung) hat man gar kein Anzugsmoment mehr, dafür ein Kippmoment bei Leerlaufdrehzahl, sprich die Kennlinie einer Synchronmaschine (abgesehen natürlich davon, dass man in den Läufer mit R = 0 kein Feld reinbekommt, wie oben beschrieben und das Ganze damit eh nicht funktioniert).

Und warum haben unsere " Synchronmaschinen " im besten Fall 20 % Schlupf ?
Ich habe noch gelernt das es sowas wie Synshronmotore eigentlich nicht gibt. Die eilen alle etwas hinterher.

Tun sie auch, aber nicht mit einer Schlupfdrehzahl, sondern mit einem bestimmten Winkel, dem Polradwinkel. Dieser Winkel bleibt bei konstanter Last gleich und wird bei steigender Last größer. Vollpolmaschinen erreichen ihr maximales Moment bei einem Polradwinkel von 90°, dann stehen sich Anker- und Erregerfeld senkrecht gegenüber. Bei Schenkelpolmaschinen ist diser Winkel etwas kleiner, weil zusätzlich zum synchronen Moment noch ein Reluktanzmoment auftritt (der Läufer hat eine magnetische Vorzugsrichtung), das bei 45° maximal wird.

Bei Feldorientierter Regelung oder auch bei unseren Hallsensoren liegt der Polradwinkel immer bei etwa 90° (Bei bürstenlosen Gleichstrommaschinen schwankt er ständig zwischen 120° und 60°, dann wird umgeschaltet und man hat wieder 120°. Das Drehmoment schwankt somit zwischen 0,866 mal Mmax, steigt dann auf Mmax, sinkt wieder auf 0,866 mal Mmax; dann beginnt der Zyklus von vorn )

Ist der Polradwinkel aber nicht mehr belastungsabhängig, so geschieht die Drehzahlregelung ganz einfach über die Spannung, wie bei bürstenbehafteten Gleichstrommaschinen auch.

Zur Asynchronmaschine:
20% Schlupf ist eine ganze Menge. Woher stammt diese Information? Dann liegt man entweder schon unterhalb des Kippmoments, oder man benutzt einen Läufer mit sehr hohem Widerstand. Auf jeden fall liegt der Wirkungsgrad dann bei maximal 80%, und das auch nur, wenn es keine Verluste im Ständer mehr gibt...

P.S.1 Synchronmaschinen werden gerne als Generator benutzt. 2 oder 4 polige Vollpolmaschinen als Turbogenerator im Dampfkraftwerk, hochpolige Schenkelpolmaschinen in Wasserkraftwerken.

P.S.2

Aber wenns da auch nicht kling macht...

Ich hätte vielleicht dazuschreiben sollen, das ich das schon verstanden habe und hier nur deine Sichtweise bestätigen wollte.

[Peter51]

Ein Roller-Ordner ist eine Superidee!
Dein 5000W Motor leistet die 5000W auch nur bei max. speed z.B. 80km/h. Leistung ist Drehmoment x Drehzahl. Bei max. Controllerstrom sagen wir mal 80A hat der Motor auch das max. Drehmoment, welches in einem weiten Drehzahlbereich gleich bleibt. Also hat ein 5000W Motor bei 45km/h = 5000W x 45/80 = 2800W also ist die Motorleistung L1e konform.....

[STW]

[Peter51]

Nicht L1e konform ist Alfreds L/H Schalter.....