Strömungsreluktanzdrehmoment

Die Reluktanzkraft, auch als Ausrichtungskraft bekannt, ist ein Phänomen, das ferromagnetische Objekte in einem externen Magnetfeld erfahren. Diese Kraft wirkt darauf hin, das ferromagnetische Objekt in Richtung des externen Magnetfeldes auszurichten. Wenn es einem externen Magnetfeld ausgesetzt wird, erzeugt das ferromagnetische Objekt ein internes Magnetfeld als Reaktion. Die Wechselwirkung zwischen diesem induzierten internen Magnetfeld und dem externen Magnetfeld führt zur Entstehung der Reluktanzkraft, die das Objekt zwingt, sich neu zu orientieren, bis es optimal mit den externen Magnetfeldlinien ausgerichtet ist. Diese Ausrichtung erfolgt, da das System versucht, die magnetische Reluktanz zu minimieren, welche ein Maß für den Widerstand gegen die Etablierung eines Magnetflusses innerhalb des Objekts ist.

Die Drehmoment entsteht durch die Wechselwirkung der beiden Magnetfelder, wodurch das Objekt um eine Achse gedreht wird, die mit der Richtung des Magnetfeldes ausgerichtet ist. Dieses Drehmoment wirkt auf das Objekt, indem es es dazu zwingt, sich so zu positionieren, dass die magnetische Reluktanz minimiert wird, was den flüssigsten möglichen Weg für den Magnetfluss ermöglicht.

Dieses Drehmoment wird auch als Salienzdrehmoment bezeichnet, da seine Erzeugung direkt den Salieneigenschaften der Maschine zugeschrieben wird. Salienz, die sich auf die geometrische und magnetische Asymmetrie innerhalb der Maschine bezieht, schafft Variationen in der magnetischen Reluktanz, die die Produktion dieses Drehmoments antreiben.

Reluktanzmotoren basieren grundsätzlich auf der Reluktanzkraft für ihren Betrieb. Die Funktionalität des Motors hängt von der kontinuierlichen Wechselwirkung und Neuausrichtung der Magnetfelder ab, die durch diese Kraft ermöglicht wird, um Rotationsbewegung zu erzeugen. Die Größe der Reluktanzkraft kann mithilfe einer spezifischen Formel berechnet werden, die verschiedene Parameter wie die Stärken der Magnetfelder, die Geometrie der Maschine und die Material Eigenschaften berücksichtigt, um eine quantitative Messung zu liefern, die für die Konstruktion, Analyse und Optimierung von reluktanzbasierten elektrischen Maschinen entscheidend ist.

Im Kontext der Berechnungen der Reluktanzkraft werden folgende Bezeichnungen verwendet:

• Trel stellt den mittleren Wert des Reluktanzdrehmoments dar.

• V bezeichnet die angelegte Spannung, die eine wichtige Rolle bei der Energieversorgung des Motors und der Beeinflussung der Magnetfeldwechselwirkungen spielt.

• f steht für die Netzfrequenz, die die Rate bestimmt, mit der die Magnetfelder sich ändern und somit den Drehmomentgenerierungsprozess beeinflussen.

• δrel ist der Drehwinkel, gemessen in elektrischen Grad. Dieser Winkel zeigt die Phasendifferenz zwischen den Stator- und Rotor-Magnetfeldern an und ist ein wesentlicher Faktor bei der Berechnung der Größe des Reluktanzdrehmoments.

• K ist die Motorkonstante, ein parameter, der spezifisch für den Motor ist und verschiedene konstruktionsbezogene Merkmale, wie die Geometrie des magnetischen Kreises und die Materialeigenschaften, zusammenfasst.

Die Reluktanzkraft wird hauptsächlich in Reluktanzmotoren erzeugt. Das grundlegende Prinzip ihrer Erzeugung in diesen Motoren liegt in der Variation der magnetischen Reluktanz. Während sich der Rotor im Magnetfeld des Stators bewegt, verursachen Änderungen in der Luftspaltlänge und der Geometrie des magnetischen Pfades Fluktuationen in der Reluktanz. Diese Variationen führen wiederum zur Entstehung der Reluktanzkraft, die die Rotation des Motors antreibt.

Das Stabilitätsgrenze von Reluktanzmotoren in Bezug auf den Drehwinkel liegt in der Regel zwischen +δ/4 und -δ/4. Innerhalb dieses Winkelsbereichs arbeitet der Motor stabil und vermeidet Probleme wie Stehenbleiben oder unregelmäßiges Verhalten.

In Bezug auf die Konstruktion ähnelt der Stator eines Reluktanzmotors dem eines Einphasen-Induktionsmotors, mit Wicklungen, die ein rotierendes Magnetfeld erzeugen. Der Rotor hingegen ist meist vom Käfigtyp. Diese einfache, aber effektive Rotorbauweise, kombiniert mit den einzigartigen magnetischen Eigenschaften des Stators, ermöglicht die effiziente Erzeugung und Nutzung der Reluktanzkraft, was Reluktanzmotoren für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet macht, bei denen Kosteneffizienz und zuverlässiger Betrieb entscheidend sind.