Drehmoment für ein Elektromotor berechnen?
Hallo, ich halte meine 5 PK (präsentationsprüfung im Abitur in Berlin) in Physik über das Thema Elektroautos. Dazu würde ich gerne eine Berechnung miteinfließen lassen, in der ich das Drehmoment eines Synchronmotors und Asynchronmotors, sowie eines durchschnittlichen Verbrennungsmotors.
Mein Ansatz wäre (hoffe er ist richtig): r mal F= M
Ich weiß nicht ob man die braucht , aber die Synchrone Drehzahl vom Synchronmotor ist 3000 1/min
Asynchronmotor: 2700 1 / min
Kann mir jemand helfen und dies für mich berechnen oder zumindest weiterhelfen bitte????
Vielen Dank im Vorraus
4 Antworten
Hallo @anniiinnn, etwas bin ich schon erschüttert - Abitur, Physik.
Die von dir angezogenen Drehzahlen beziehen sich auf den Betrieb mit 50 Hz, wobei dies zu konstanten Drehzahlen führt (was heißt den ('synchron'?). Und das ist nicht der Ansatz im Fahrbetrieb.
Wenn du bereits mit diesen Begriffen trudelst, empfehle ich dir entweder, dich ganz intensiv mit der Materie zu befassen (Lehrbuch) oder es ganz zu lassen. Ich sehe, dir fehlt Grundwissen - das wir dir hier nicht vermitteln wollen - und du kannst während des Vortrags durch Nachfragen 'zerlegt' werden.
Ein Schaubild kann man nicht berechnen (!!!), sondern das ist ein Diagramm, das du abkopieren kannst - z.B. aus Wikipedia oder sogar aus deinem Physikbuch.
Es geht also um eine prinzipielle Darstellung, nicht um eine Berechnung.
Zeige stattdessen die unterschiedlichen Motortypen, beginne beim klassischen E-Motor (Hauptschluss-, Nebenschluss-, Verbund- etc.) und erläutere, warum diese Typen weniger geeignet sind für Kfz-Betrieb (Wartung, Bürsten-Abnutzung); dann die Leistungs-Drehmoment-Diagramme der Synchron- und Drehstrommaschinen.
Zeige als Beispiel den Betrieb bei der Bahn. Dort musste man ehemals mit rauf- und runterschalten der Betriebsspannung (Zapfwicklungen auf der Sekundärseite des Trafos) die Drehzahl einstellen, jetzt (seit 40 Jahren), durch Frequenzumrichtung steuert man die Drehzahl eines wartungsarmen Drehstrommotors.
Weise darauf hin, dass die Lok beim Anfahren 'die gesamte Tonleiter durchfährt', was die Auswirkung der Ansteuerung mit dem erforderlichen Frequenzspektrum ist.
Falls du Berechnungen ausführen willst, musst du dich auf Motorleistungen beziehen - lass das und zeige die Schemata auf.
@Hamburger02 hat völlig recht - diese Zeit sollst du dir selbst nehmen - du hältst ja auch den Vortrag.
Falls du keine Beispielbilder findest, frag nochmal nach.
Ich empfehle grundsätzlich BOSCH, Kraftfahrttechnisches Taschenbuch, das auch an Ingenieurschulen genutzt wird. Die 26te Ausgabe ist sicherlich an deiner städtischen Bibliothek vorhanden, gfl. nutzen auch ältere Ausgaben.
Da sind auch die Zusammenhänge bezüglich Kfz-Anwendungen erklärt.
Wenn Nachfragen - gerne wird dir geholfen, doch bitte, etwas musst du auch dazu leisten (Leistung = Arbeit / Zeit).
Hab jetzt keine Lust zu rechnen, aber einen Hinweis:
Bei elektronisch gesteuerten Emotoren ist es eigentlich nebensächlich, ob das Synchron- oder Asnchronmotoren sind. Beides wird eingesetzt.
Entscheidend ist aber, das Emotoren das größte Drehmoment beim Anlaufen erzeugen und beim Anlaufen auch für kurze Zeit ein Überstrom möglich ist.
Das führt dazu, dass E-Autos aus dem Stand wesentlich schneller beschleunigen können als Verbrenner. Wenn du also Emotoren und Verbrenner vergleichen willst, solltest du gleich das Drehmomentschaubild verwenden, denn da wird der Unterschied offensichtlich.
Das kann man nicht berechnen, das muss gemessen werden. Lieferanten solcher Antriebe stellen das meistens zur Verfügung, oft findet man die auch in den Katalogen. Das ist also letztlich Recherchearbeit.
Hier könnte was zu finden sein:
http://www.spektrum.de/lexikon/physik/elektroauto/3986
https://www.youtube.com/watch?v=aNg3OmA-_Kc
Und hier findest du eine fertige Präsentation:
http://www.autotec.ch/technik/pdf/emo_Kfz_Antriebe_Elektromotoren_und_Hybridantriebe.pdf
Drehmoment ist ja genau unabhänig von der Drehzahl;)
P = M*2*pi*n
P: Leistung
M: Drehmoment
n: Drehzahl
Was für dich sinnvoll wäre, wäre ein Drehmoment Kennfeld dieser verschiedenen Motoren - das wäre glaube ich interessant.
Und das Drehmoment wird praktisch am Prüfstand gemessen ;)
Erst einmal Vielen Lieben Dank!!
Kann ich vielleicht noch fragen, warum das 'Drehmoment Kennfeld' interessant ist und wie ich das berechne?
Das kannst du nicht ohne Daten berechnen. Wenn du was für eine Präsi sucht, stöber mal im Internet zu "Dremomenten Kennfeld" oder "Kennfeld Verbrennungsmotor", da solltest du was finden ;)
Das ist genau das, was ich mit Grundwissen meinte. Dir fehlt dies auch in der Mechanik, also dem Einstieg in die Physik.
Leistung = Arbeit / Zeit und Drehmoment ist die Kraft, die an einer Achse wirkt.
Du fährst also nicht mit 'Leistung', sondern mit 'Drehmoment'.
Auch Benziner und Diesel haben unterschiedliche Drehmomente, besser ausgedrückt Drehmoment-Verläufe über den Drehzahlbereich.
Leistungskurve ist stets (prinzipilell) linear, abgesehen vom unteren und oberen Bereich. Unten reichen Füllung, Massenausgleich nicht zu einer Drehmomentabgabe aus je nach Zylinderanzahl des Verbrenner ist dies von etwa 150 RPM (24-Zylinder) bis 1000 RPM (1-Zylinder) und im oberen Bereich greifen Zündverzug und Spülverluste.
Der Drehmomentverlauf beim klassischen Benziner zeigt ein deutliches Maximum in der Mitte (3000 RPM), der des Diesel ist deutlich flacher; deswegen liefert ein klassischer Diesel auch eine weitgehend konstante Durchzugskraft.
Fahr mal mit einem Benziner und danach mit einem Diesel los (Kupplung, Schaltgetriebe) - welchen würgst du schneller ab?
Direkteinspritzung, Abgas-Turbolader verändern die Motor-Charakteristika, doch nur der Elektro-Motor ist unschlagbar.
Wenn du es vervollständigen willst, zeig noch das Drehmoment-Leistungs-Diagramm einer Dampfmaschine - was sehr ähnlich ist wie das eines Hauptschlussmotors; beim Anfahren das größte Drehmoment, die 'Höchstgeschwindigkeitsbegrenzung' kommt dann, wenn zur Überwindung der Fahrwiderstände die Leistungsabgabe nicht mehr ausreicht.
Nachtrag: Und der große Nachteil von Dampfmaschine und Hauptschlussmotor ist, dass Abtrieb und Antrieb völlig fest gekoppelt sein müssen, denn ohne Last 'gehen' diese Maschinen 'durch', vulgo sie zerlegen sich, weil die Drehzahl theoretisch ins Unendliche rennen kann.
Nein, mit der Drehzahl kann man da nichts anfangen. Da müsstest du die Lorentzkraft auf die Leiterstücke des Rotors berechnen (und aufsummieren, weil es wahrscheinlich eine Spule mit vielen Windungen ist). Aus der Kraft und dem Radius des Rotors kannst du das Drehmoment berechnen, wie du anfangs beschrieben hast.
Dankeschön! Wie berechnet man das Drehmomentschaubild ?