Elektrische Maschinen

Optimierung von elektrischen Maschinen
Elektrische Maschinen sind ein wichtiger Bestandteil der Energiewende, da sie etwa 45% des weltweiten Energieverbrauchs ausmachen. Im Rahmen der Elektromobilität wächst die Bedeutung des Elektromotors, ist allerdings noch durch die Batterietechnologie und fehlende Infrastruktur die zweite Wahl hinter Verbrennungsmotoren. Einige aktuelle Trends im Traktionsbereich elektrischer Maschinen sind:

• Die Steigerung der Leistungsdichte durch schnell drehenden Maschinen (>> 10k Umdrehungen/Minute)
• Die Steigerung der Verlustdichte durch leistungsstärkere Kühlverfahren (Stromdichten bis  50A/mm^2)
• Optimale Maschinentopologien: Maschinen im drehzahlvariablen Betrieb werden nicht wie konventionelle Maschinen in einem Arbeitspunkt betrieben, sondern müssen einen weiten Drehzahlbereich bei hohem Wirkungsgrad anfahren können

Um den drehzahlvariablen Betrieb einer elektrischen Maschine zu ermöglichen, wird diese über einen Umrichter angesteuert. Dieses birgt, im Gegensatzt zu netzgeführten Maschinen, neue Herausvorderungen. So ist die Anzahl der Lagerschäden mit dem vermehrten Einsatz von Invertern gestiegen, was sich auf vom Umrichter eingekoppelte Lagerströme zurückführen lässt.

Aufgrund der gestiegenen Anforderungen an elektrische Maschinen nimmt auch die Bedeutung thermischer und mechanischer Berechnungen zu. Wegen volatiler Netzeinspeisung von erneuerbaren Energien wird die Fahrweise von z.B. Turbogeneratoren flexibler. Dies führt zu einer Häufung von elektromagnetischen und thermischen Ausgleichsvorgängen, die sich durch mechanische Beanspruchungen im System wiederspiegeln was zu thermisch induzierten Längenänderung und dynamischen Lorentzkräften führt.