Analyse der Verluste eines Servomotors

MAGNETICS for NX kann Verluste mit verschiedenen Ansätzen berechnen, z. B. Wirbelstromverluste oder Verluste auf der Grundlage der verallgemeinerten Steinmetz-Gleichung.

 

 

Ausgangs-Situation

Siemens Servo Motor 1FT6

Dieser Universal-Synchronmotor wird für viele Hochleistungs-Bewegungssteuerungsanwendungen eingesetzt. Er verwendet Permanentmagnete, hat eine sehr geringe Drehmomentwelligkeit und eine nahezu konstante Drehmomentkennlinie.

Bild: CAD Modell des Motors

Der von uns analysierte Motor verwendet 36 Muttern, 8 Permanentmagnete und 4 Pole.

MAGNETICS for NX kann die Verluste mit verschiedenen Ansätzen berechnen. In diesem Fall werden wir die Wirbelstromverluste berechnen. Diese sind durch die Formel R*I^2 gegeben. Ein anderer Ansatz zur Berechnung der Verluste ist die Verwendung der verallgemeinerten Steinmetz-Gleichung (GSE).

 

Geeignete Methode

2D Magnetodynamische Analyse, Testfälle

Unser Ziel bei dieser Analyse ist es, die Wirbelverluste über den Rotorwinkel zu analysieren. Dies kann recht einfach in 2D mit dem magnetodynamischen Zeitbereichslösungstyp durchgeführt werden. Die Analyse in 3D wäre ebenfalls möglich. 

Um die Joule-Verluste zu analysieren, müssen wir den Rotor auf eine Rotationsgeschwindigkeit einstellen und die Wirbelströme in den leitenden Bereichen berechnen. In diesem Fall sind die Hauptleitflächen die Permanentmagnete. 

Um die Plausibilität zu prüfen, wollen wir den Motor in 3 Fällen analysieren:

1. Rotierender Rotor, rotierendes Stromfeld:
    - Wir erwarten geringe Verluste.

2. Drehender Rotor, festes Stromfeld: 
    - Wir erwarten höhere Verluste.

3. Fester Rotor, rotierendes Stromfeld:
    - Auch hier erwarten wir höhere Verluste.

 

Ergebnisse

Wirbelstrom-Verluste

Das Bild zeigt die resultierenden Joule-Verluste, die auf den leitenden Flächen des 1FT6-Servomotors berechnet wurden. Die drei Kurven zeigen das erwartete Verhalten der Testfälle:

Bild: Resultierende Verluste

1. Grüne Kurve, erster Fall: 
   Die geringsten Verluste treten auf, wenn sich sowohl der Rotor als auch das Stromfeld drehen. Dies ist die übliche Situation, wenn der Motor läuft.
2. Rote Kurve, zweiter Fall: 
   Diese Kurve zeigt die erwarteten höheren Verluste. 
3. Blaue Kurve, dritter Fall: 
   Auch diese Kurve zeigt die zu erwartenden höheren Verluste.