Effizienzsteigerung im Antriebsstrang durch optimierte Wicklungen
Industrielle Elektromotoren
In einem Projekt zur Optimierung von Industrieantrieben arbeitete PACK LitzWire eng mit einem Kunden zusammen, der moderne Elektromotoren mit schnellen Frequenzumrichtern einsetzte. Ziel war es, die Motorwicklungen so zu gestalten, dass sie den hohen Anforderungen an Effizienz, thermische Belastung und mechanische Stabilität im Betrieb standhalten.
Die Herausforderung
Die Herausforderung lag weniger in einzelnen Komponenten, sondern in der komplexen Wechselwirkung zwischen Leistungselektronik und Motor. Die hohen Schaltfrequenzen der Inverter induzierten nicht nur ohmsche, sondern auch erhebliche Wirbelstromverluste in den Wicklungen. Gleichzeitig mussten die Motorwicklungen Wärme zuverlässig ableiten, um die hohen Leistungsdichten zu beherrschen, und mechanische Kräfte sowie Vibrationen bei hohen Drehzahlen aushalten.
Die Wicklungsauslegung ist gezielt auf den Betrieb mit frequenzvariablen Antrieben abgestimmt und reduziert inverterbedingte Verluste im Zusammenspiel von Leistungselektronik und Motor.
Die optimierte Litzenstruktur unterstützt eine gleichmäßige Stromverteilung bei hohen Schaltfrequenzen und trägt zur thermischen Entlastung sowie zur mechanischen Stabilität der Motorwicklung bei.
Unterstützung durch PACK LitzWire
PACK LitzWire brachte hier sein technisches Know-how gezielt ein: In gemeinsamen Workshops mit den Entwicklungsingenieuren des Kunden wurden reale Bauteilgeometrien und Ansteuerungsparameter analysiert, um die dominanten Verlustmechanismen zu identifizieren. Darauf aufbauend wurde die Litzenstruktur angepasst – die Einzeldrahtstärke und die Aderanzahl so gewählt, dass der AC-Widerstand bei der spezifischen Schaltfrequenz der Inverter minimal blieb. Mithilfe simulationsgestützter Bewertungen wurde geprüft, ob Schaltverluste oder Leitungsverluste im jeweiligen Lastzyklus dominieren, und die Litze entsprechend ausgelegt, um ein optimales Gleichgewicht zwischen Kupferquerschnitt und Isolation zu erzielen.
Ergebnis
Das Ergebnis dieser ganzheitlichen Vorgehensweise war eine Motorwicklung, die speziell für den Betrieb am Frequenzumrichter optimiert war. Sie zeigte deutlich niedrigere Gesamtverluste im Antriebsstrang und ermöglichte eine kompaktere Bauweise des Motors bei gleicher Leistung – ein messbarer Zugewinn an Effizienz, thermischer Stabilität und mechanischer Zuverlässigkeit.
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