Was ist Feldabschwächung und welche Wirkung hat sie auf einen Drehstrommotor?

Feldschwächung bezieht sich auf den Prozess, die magnetische Feldstärke eines Motors während des Betriebs anzupassen, um seine Leistung zu modifizieren. Bei Gleichstrommotoren wird die Feldschwächung in der Regel durch die Reduzierung des Anregungsstroms erreicht. Bei Wechselstrommotoren, insbesondere bei Asynchron- und Permanentmagnetsynchronmotoren, kann die Feldschwächung durch Änderung der Frequenz der Stromversorgung oder Steuerung des Inverter-Ausgangs erreicht werden.

Auswirkungen der Feldschwächung auf Asynchronmotoren

Bei Asynchronmotoren wird die Feldschwächungstechnologie hauptsächlich verwendet, um den Geschwindigkeitsbereich des Motors zu erweitern, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten. Die folgenden sind die Hauptauswirkungen der Feldschwächung auf Asynchronmotoren:

1. Erweiterung des Geschwindigkeitsbereichs

Hochgeschwindigkeitsbetrieb: Bei hohen Geschwindigkeiten nimmt die Rückwiderstandsspannung (Back EMF) eines Asynchronmotors zu, was zu einer Verringerung des aktiven Anteils des Statorstroms und damit zur Begrenzung des Drehmoments des Motors führt. Durch Anwendung der Feldschwächung kann die magnetische Feldstärke reduziert werden, wodurch die Back EMF abnimmt und der Motor bei höheren Geschwindigkeiten arbeiten kann, was den Geschwindigkeitsbereich erweitert.

Geschwindigkeitsregelung mit konstanter Leistung: In bestimmten Anwendungen muss der Motor über einen weiten Geschwindigkeitsbereich eine konstante Ausgangsleistung aufrechterhalten. Die Feldschwächung ermöglicht es dem Motor, bei hohen Geschwindigkeiten eine konstante Leistungsausgabe zu halten und eine Geschwindigkeitsregelung mit konstanter Leistung zu erreichen.

2. Verringerung des Drehmoments

Drehmomentreduktion: Die Feldschwächung verringert die magnetische Feldstärke, was wiederum das Drehmoment reduziert. Während der Motor höhere Geschwindigkeiten aufrechterhalten kann, nimmt das Drehmoment entsprechend ab. Daher ist die Feldschwächung für Hochgeschwindigkeitsoperationen geeignet, bei denen ein hohes Drehmoment nicht erforderlich ist.

3. Verbesserung der dynamischen Leistung

Dynamische Reaktion: Die Feldschwächung kann die dynamische Reaktion des Motors verbessern. Bei hohen Geschwindigkeiten ermöglicht die Feldschwächung, dass der Motor schneller auf Laständerungen reagiert, was die dynamische Leistung des Systems verbessert.

Stabilität: Durch die angemessene Steuerung des Grades der Feldschwächung kann die Stabilität und Störfestigkeit des Motors verbessert werden.

4. Wirkungsgrad und Verluste

Wirkungsgrad: Die Feldschwächung kann den Wirkungsgrad des Motors beeinflussen. Bei hohen Geschwindigkeiten kann der Wirkungsgrad aufgrund der Drehmomentreduktion abnehmen. Durch Optimierung der Feldschwächungssteuerungsstrategie kann jedoch ein höherer Wirkungsgrad bis zu einem gewissen Grad aufrechterhalten werden.

Verluste: Die Feldschwächung kann sowohl Eisenverluste als auch Kupferverluste im Motor erhöhen. Eisenverluste nehmen aufgrund von Änderungen der magnetischen Feldstärke zu, was zu erhöhten Hysterese- und Wirbelstromverlusten führt. Kupferverluste nehmen aufgrund von Strömungsänderungen zu, was zu erhöhten Widerstandsverlusten führt.

Methoden zur Erreichung der Feldschwächung

Bei Asynchronmotoren kann die Feldschwächung durch die folgenden Methoden erreicht werden:

Ändern der Versorgungsfrequenz: Durch die Verwendung eines Frequenzumrichters (VFD), um die Frequenz der Stromversorgung zu ändern, kann der Motor bei verschiedenen Geschwindigkeiten arbeiten. Bei hohen Geschwindigkeiten kann die Versorgungsfrequenz angemessen reduziert werden, um die Feldschwächung zu erreichen.

Steuerung des Inverter-Ausgangs: Durch die Steuerung der Ausgangsspannung und -frequenz des Inverters kann die magnetische Feldstärke des Motors angepasst werden. Moderne Inverter verfügen oft über fortschrittliche Steueralgorithmen, die den Grad der Feldschwächung präzise steuern können.

Anregungssteuerung: In einigen speziell entworfenen Asynchronmotoren kann die magnetische Feldstärke mithilfe einer Anregungswicklung gesteuert werden, um die Feldschwächung zu erreichen.

Zusammenfassung

Die Feldschwächungstechnologie bei Asynchronmotoren wird hauptsächlich verwendet, um den Geschwindigkeitsbereich, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, zu erweitern. Durch Anwendung der Feldschwächung kann die Back EMF reduziert werden, sodass der Motor bei höheren Geschwindigkeiten arbeiten kann, obwohl dies auf Kosten des Drehmoments geht. Die Feldschwächung kann auch die dynamische Leistung und Stabilität des Motors verbessern, kann jedoch in bestimmten Situationen den Wirkungsgrad beeinträchtigen und Verluste erhöhen.