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Frequenzumrichter am Drehstrommotor asynchron
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dummbock



Anmeldedatum: 04.05.2007
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BeitragVerfasst am: Fr Aug 31, 2007 4:24 pm    Titel: Frequenzumrichter am Drehstrommotor asynchron Antworten mit Zitat

ist es Wirkungsgradmäßig günstiger einen Motor mit 2900 oder einen mit 1450 U/min an einem Frequenzumrichter zu betreiben der max 100Hz abgibt, sprich doppelte Netzfrequenz.

Wir nehmen mal an das später an der Welle untersetzt von 10U/min bis maximal 750 U/min gebraucht werden.

Die werden mit einem Zahnriemen untersetzt. Der muss dann halt von 5800 auf 750 untersetzt werden oder im anderen Fall von 2900 auf 750 untersetzt.

Es geht also allein um den besseren Wirkungsgrad und um optimales Drehmoment.

Wer weiss das.

Dummbock
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Andi



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BeitragVerfasst am: Sa Sep 01, 2007 12:13 am    Titel: Antworten mit Zitat

Kommt auf den Umrichter an, und darauf wie schnell sich der Zahnriemen bewegt, da gibts Obergrenzen. Aber nachdem du sowieso niedrigere Drehzahlen anstrebst würde ich generell zur 1500er Variante tendieren.
Wäre doch unfug zuerst eine hohe Drehzahl bereitzustellen und die dann herabzusetzen.
Zudem freut sich der Motor auch nicht über diese Hohe Drehzahl.
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Ambassador



Anmeldedatum: 22.05.2007
Beiträge: 756

BeitragVerfasst am: Sa Sep 01, 2007 8:32 am    Titel: Antworten mit Zitat

Volle Zustimmung.
Bei gleicher kW-Zahl wird die Effizienz zwischen 1500 RPM und 3000 RPM Motoren keinen grossen Unterschied machen.
Würde auch den 1500er Motor nehmen, wenns sonst keine wesentlichen Unterschiede gibt, auch wenn bei guten Lagern 6000 RPM durchaus eine Weile tolerierbar sind. Darf ich fragen, was das für Motoren sind und was Du genau für eine Leistung brauchst?
Wenn es wirklich um die Effizienz an sich geht, kann man in Deinem Fall durchaus noch andere Geschütze auffahren.

Aaron
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dummbock



Anmeldedatum: 04.05.2007
Beiträge: 8

BeitragVerfasst am: Sa Sep 01, 2007 10:29 am    Titel: Gern aber welche Geschütze denn Antworten mit Zitat

Ambassador hat Folgendes geschrieben:
Volle Zustimmung.
Bei gleicher kW-Zahl wird die Effizienz zwischen 1500 RPM und 3000 RPM Motoren keinen grossen Unterschied machen.
Würde auch den 1500er Motor nehmen, wenns sonst keine wesentlichen Unterschiede gibt, auch wenn bei guten Lagern 6000 RPM durchaus eine Weile tolerierbar sind. Darf ich fragen, was das für Motoren sind und was Du genau für eine Leistung brauchst?
Wenn es wirklich um die Effizienz an sich geht, kann man in Deinem Fall durchaus noch andere Geschütze auffahren.

Aaron


Gern welche "Geschütze" denn ?

Ein einfacher Asynchron Drehstrommotor für einen Apparat.
sagen wir etwa 3KW bei unterschiedlicher Drehzahl.
Unten rum so bis 100U/min vieleicht 1Kw
aber so bei 200 bis 750 U/min muss das schon mehr werden. Quadratischer Anstieg der Leistung. Etwa wie bei einem Gebläseantrieb.

Es stellt sich auch die Frage ob ein Motor der bei 1500 u/min Werkseitig 2.2Kw hat bei 100Hz Max frequenz nicht 3Kw erreicht.
Keine Frage das Ding kriegt einen externen Lüfter, wie sich das gehört.

Dummbock
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Ambassador



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Beiträge: 756

BeitragVerfasst am: Sa Sep 01, 2007 11:24 am    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Es stellt sich auch die Frage ob ein Motor der bei 1500 u/min Werkseitig 2.2Kw hat bei 100Hz Max frequenz nicht 3Kw erreicht.

Locker! mehr RPMs, mehr Leistung!
Noch eine Frage: Wie sehr soll die Motordrehzahl schwanken?
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Ambassador



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Beiträge: 756

BeitragVerfasst am: Sa Sep 01, 2007 1:32 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Um Deinen Frequenzumrichter zu schonen, würde ich eine angepasste Steinmetzschaltung vorschlagen, so dass der Leistungsfaktor nahe 1 ist und keine so hohen Ströme fliessen. Weiterhin ist der Motor dann im Power-On-Demand Modus, dass heisst, er zieht nur dann richtig Strom, wenn er belastet wird. Damit bleibt er auch kalt und braucht eigentlich keinen Lüfter mehr. Problematisch könnten hier zu grosse Veränderungen der Drehzahl sein, da die Laufkapazität und die Input-Volts irgendwann nachgeführt werden müssten, um die hohe Effizienz beizubehalten.

Zum Thema Effizienz:
Gemessen wurde auf diese Art und Weise:
http://www.enertark.de/prony.JPG
Mehrere Tests mit verschiedenen Lastsimulationen wurden an mehreren Tagen durchgeführt und auch wiederholt.
Alle zeigten in etwa die gleiche Performance.

Test-Beispiel (08.01.2007).
Der Motor ist von Baldor, 440V 3-Phasen Asynchronmotor, Typ Energy Saver, 1768 RPM 4 Pol, 7,5 hp mit quadfilaren Windungen, wobei jeweils alle 4 parallelen Windungen jeder Spule in Reihe geschaltet wurden.
Der Lüfter wurde entfernt. Verkabelt als Steinmetz-Schaltung, 8 uF Laufkondensator und 80 uF Startkondensator parallel dazu, der weggeschalten wird, sobald der Motor seine normalen RPMs erreicht hat.

Leerlauftest:
120V, 0,31A -> 37,2 Watt im Leerlauf bei voller Drehzahl

Lasttest:
Der Arm hat exakt 30 cm Länge.
1190 Gramm (nach Abzug des Armgewichts selbst) konstanter Druck auf die digitale Waage bei stabilen 1720 RPM.
Das sind etwa 12,13 Newton auf einen 30 cm Arm, also ca. 40,4 Nm Drehmoment.
Bei 1720 RPM haben wir eine theoretische Bahngeschwindigkeit des Arm-Endes von
v = 0,3 m * 2 PI * 28,67 rps = 54 m/s.
Bleibt nur noch die Leistung auszurechnen:

P = F * v
Also P = 12,13 N * 54 m/s = 655,02 Watt Output.

Input war 60 Hz AC, 120 Volt, 0,75 Amper, PF = 1.
P = U * I = 90 Watt Input

Macht unterm Strich COP 7,278
Verluste wurden nicht explizit betrachtet, und die Laufkapazität wurde nicht angepasst, sondern einfach auf 8 uF festgesetzt, soll heissen, es geht vermutlich noch etwas besser.

Aaron
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Ambassador



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BeitragVerfasst am: Sa Sep 01, 2007 1:49 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Noch als Ergänzung:
Es wird vielerorts behauptet, dass die Steinmetzschaltung ineffizient sei. Das ist so nicht korrekt!
Sie wird ineffizient bei falscher Kapazität und falscher Voltzahl.
Ein Motor verliert durch diese Schaltung ca. 46% bis 80% seiner ursprünglichen Kraft, abhängig vom Motor, das heisst, man benötigt einen grösseren Motor, um die gleiche Leistung zu erhalten. Dies kann aber mittels höheren RPMs kompensiert werden, was bei Dir ja sowieso der Fall sein wird.
Im Turbinen-Modus kann ein Motor, der in etwa die Grösse eines herkömmlichen 5 kW Motors hat, locker als PKW-Elektromotor herhalten.
Bei Motoren mit EM oder PM Rotor ist der Kraftrückgang nur 20% bis 0%.

Aaron
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dummbock



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Beiträge: 8

BeitragVerfasst am: So Sep 02, 2007 10:46 am    Titel: Drehstrom soll das schon sein Steinmetz geht nicht Antworten mit Zitat

Ambassador hat Folgendes geschrieben:
Noch als Ergänzung:
Es wird vielerorts behauptet, dass die Steinmetzschaltung ineffizient sei. Das ist so nicht korrekt!
Sie wird ineffizient bei falscher Kapazität und falscher Voltzahl.
Ein Motor verliert durch diese Schaltung ca. 46% bis 80% seiner ursprünglichen Kraft, abhängig vom Motor, das heisst, man benötigt einen grösseren Motor, um die gleiche Leistung zu erhalten. Dies kann aber mittels höheren RPMs kompensiert werden, was bei Dir ja sowieso der Fall sein wird.
Im Turbinen-Modus kann ein Motor, der in etwa die Grösse eines herkömmlichen 5 kW Motors hat, locker als PKW-Elektromotor herhalten.
Bei Motoren mit EM oder PM Rotor ist der Kraftrückgang nur 20% bis 0%.

Aaron

Weil die Drehzahl Frequenzvariabel sein soll und auch unten Leistung kommen soll, so 10U/min bis maximal 750 U/min. Bei 750U/min 3Kw etwa
und bei 100Umin etwa 1Kw und noch weiter runter e.v 0.5Kw.
Zahnriemen sind wohl nicht das Problem die Laufen in KFZ bis 10 000Umin. Mit Umfanggeschwindigkeiten die ich bei 6000 eh nie erreiche.

Stellt sich immer noch die Frage 3000er Motor und bis bis 6000 drehen
oder 1500er bis 3000;

mit passender Untersetzung jeweils auf 750U/min.

Fest steht der 3000er Motor ist leichter, bei gleicher Leistung, er hat weniger Eisen drin und wird weniger Ummagnetisierungsverluste haben, besonders im Rotor. Weil die Stöme einfach kleiner sind, so stelle ich mir das vor, denn das Drehmoment ist nur halb so groß. Ist die Frage ob meine Vorstellung als Laie stimmt, ich bin Schlosser.
Es kommt auf optimalen Wirkungsgrad an, am besten über 80% oder besser. Das Gerät wird nachher auf Bleibatterie laufen.
Geht so Bleibatterie Umrichter Spannung 24V / 140 Ampere maximal.
Der Umrichter bringt >90% unter Vollast.
Danach kommt ein modifizierter Frequenzumrichter 2.5Hz ... 100Hz.
Der Motor bekommt eine Temperaturabhängige Lüfterschaltung, wegen fehlender Eigenlüftung, bei kleiner Drehzahl.
Steinmetz ist nur bei konstanter Last mit hohem Wirkungsgrad zu betreiben, dies scheidet hier aus. Gleichstrommotor war schon angedacht, scheidet aber wg der hohen Kosten aus.
Dummbock
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Andi



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BeitragVerfasst am: So Sep 02, 2007 11:36 am    Titel: Antworten mit Zitat

Warum betreibst du den Motor nicht bei den ihm angedachten 50 Hz?
Bei höheren Frequenzen steigen die Verluste.
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Ambassador



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BeitragVerfasst am: So Sep 02, 2007 12:25 pm    Titel: Antworten mit Zitat

10 u/min bis 750 u/min?
1:75
Das ist eine ziemlich breites Spektrum.
Wenn Du nicht gerade noch etwas da hast, womit Du die Übersetzung umschalten kannst, dann wird das eine harte Nuss.
Gehen wir vom 3000er Motor auf maximal 6000 rpm aus.
6000 rpm wird nicht das Problem sein, aber die langsame Drehzahl schon.
Dann müsste er am Drehzahl-Minimum bei 80 rmp laufen, das heisst 1,3 Umdrehungen pro Sekunde, was im gleichen Zuge bedeutet, dass Du Wechselstrom mit 1,3 Hz benötigst, was allerdings Deinen Asynchron-Rotor sicher nicht mehr bewegen wird, und Dir Deinen Inverter oder die Motorkabel in Rauch auflösen wird, weil bei 1,3 Hz kein merklicher induktiver Widerstand des Motors mehr spürbar sein wird und der Strom in den Himmel schießt.
Wenn Du wirklich einen Supermega-High-Power Frequenzumrichter hast, dann lassen sich vielleicht so...ich schätze mal...15 bis 20 Hz als mögliches Minimum denken, wenn überhaupt. Wieviel Leistung dabei übrig bleibt, davon brauchen wir glaube ich garnicht erst reden.
Das nächste Problem wäre, dass der Motor dann trotzdem noch 67.500 RPM schaffen müsste, um die maximale Drehzahl zu gewährleisten, was zwar prinzipiell möglich ist, jedoch nicht mit einem hermömmlichen Rotor und nicht mit den Lagern, die normalerweise verbaut sind.
So wie ich das sehe, bräuchtest Du einen DC Motor, aber auch hier wird es schwierig, ein so grosses RPM-Band mit so hoher Last bereitzustellen.

Zitat:
est steht der 3000er Motor ist leichter, bei gleicher Leistung, er hat weniger Eisen drin und wird weniger Ummagnetisierungsverluste haben, besonders im Rotor. Weil die Stöme einfach kleiner sind, so stelle ich mir das vor, denn das Drehmoment ist nur halb so groß. Ist die Frage ob meine Vorstellung als Laie stimmt, ich bin Schlosser.

Jep...ist absolut korrekt gedacht. Noch mehr power bei gleicher Masse gibts, wenn Du einen PM- oder EM-Rotor verwenden würdest.
Zitat:
Es kommt auf optimalen Wirkungsgrad an, am besten über 80% oder besser.

Über das ganze Drehzahlband?
Ein normaler asynchroner Induktionsmotor ist nur dann effizient, wenn er bis zum Anschlag belastet wird.
Dein Umrichter scheint ca. 3 kW maximal liefern zu können.
Nun kommt es auch darauf an, was das genau für ein Teil ist, und ob der mit der hohen Blindleistung unbelasteter Induktionsmotoren klarkommt.
Zitat:
Steinmetz ist nur bei konstanter Last mit hohem Wirkungsgrad zu betreiben, dies scheidet hier aus.

Das ist so nicht korrekt!
Gerade durch diese Schaltung bekommst Du ein effizientes breites Lastspektrum.
Ein 5,5 kW Motor nimmt dann deutlich weniger als 40 Watt im Leerlauf.
Bei steigender Last steigt der Strom und damit die Leistungsaufnahme fast linear mit.
Versuch das mal mit einem normal verkabelten Induktionsmotor.

Alles in allem: Um über ein solch breites RPM-Band diese Leistung und Effizienz zu bekommen, wirst Du wohl keinen unmodifizierten Induktionsmotor verwenden können, und vermutlich wirst Du in jedem Fall eine gute Ansteuerung für ein solches System haben müssen.

Aaron
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dummbock



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Beiträge: 8

BeitragVerfasst am: So Sep 02, 2007 1:00 pm    Titel: Mal die Frage Frequenzumrichter ???? Antworten mit Zitat

Ambassador hat Folgendes geschrieben:
10 u/min bis 750 u/min?

Versuch das mal mit einem normal verkabelten Induktionsmotor.

Alles in allem: Um über ein solch breites RPM-Band diese Leistung und Effizienz zu bekommen, wirst Du wohl keinen unmodifizierten Induktionsmotor verwenden können, und vermutlich wirst Du in jedem Fall eine gute Ansteuerung für ein solches System haben müssen.

Aaron

Weist Du was ein Frequenzumrichter anstellt mit eineem Motor ?

Das ist wie ein Getriebe, die haben je nach Qualität des Umrichters selbst bei
einem 20igstel der Drehzahl oft noch die Hälfte der Leistung und ein enormes Drehmoment. Das ist zwar nicht das 20fache bei einem 2igstel der Drehzahl aber mindestens das 10fache.

Dummbock.

Es ist nicht das Problem wer glaubt das er einen Umrichter mir 2.5Hz einen 2.2 Kw motor festhalten kann der irrt das Ding hat ein enormes Drehmoment.
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Ambassador



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BeitragVerfasst am: So Sep 02, 2007 7:39 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Na fein..schauen wir mal:
2,2 kw 2 Pol Motor bei 3000 rpm.
Drehmoment = 2200 Watt / (2 * PI * 50) = 7 Nm

Nehmen wir zunächst mal an, dass der Motor die Nm halten kann, bis 2,5 Hz runter oder noch weniger.
Du versuchst den Motor mit der Hand zu stoppen, was Du vermutlich an der Achse machst.
Diese hat typischerweise einen Durchmesser in der Grössenordnung von 28 mm. Du greifst am Radius an, also hat der Arm selbst nur noch 14 mm länge.
Da wären wir bei 7 / 0,014 = 500 Newton = 49,05 kg...so circa.
So vom schätzen her stelle ich es mit schon schwierig vor, den Rotor bei 7 Nm anzuhalten, soll heissen, dass allein der Fakt, dass Du den Motor nicht mit der Hand stoppen kannst nicht unbedingt dafür sprechen muss, dass da jetzt 70 Nm anliegen, was an der 28 mm Achse eine halbe Tonne bedeuten würde!

Ich muss an dieser Stelle zugeben, dass ich nicht so auf dem laufenden bin, was die momentane Technik der 3 Phasen Frequenzumrichter angeht, und was sie alles kompensieren können, aber rein physikalisch und allein vom Motor her stelle ich es mir enorm schwierig vor, das Drehmoment um den Faktor 10 zu erhöhen.
Das würde einen enormen Stromfluss erfordern, sowohl in den Spulen, um das Drehfeld stark genug zu machen, als folglich auch in den Kurzschlusswindungen des Rotor selbst, denn das Drehmoment ist direkt abhängig von der Intensität der magnetischen Kopplung zwischen Rotor und Stator, und..wie gesagt..diese zu verzehnfachen...da brauchst Du eine MENGE Strom, und dass das die Spulen im Dauerbetrieb abhalten, kann ich mir nur schwer Vorstellen.
Ich könnte mir vorstellen, dass man mit einer Kompensationsschaltung (die ja offensichtlich inzwischen in den Umrichtern drin ist), die Drehzahl weit runterregeln kann, meinetwegen sogar bis fast 0, und das Drehmoment in etwa erhalten kann, meinetwegen kurzzeitig auch noch etwas draufpacken kann, aber nicht das 10-fache, und das dabei die Leistung erhalten bleibt, wenns auch nur die halbe sein soll, möchte ich stark bezweifeln.
Aber ich lasse mich auch gern eines Besseren belehren.
Gib doch einfach mal ein Beispiel von einem Umrichter, der das in etwa kann. Würde es mir gern ansehen.
Danke.

Aaron
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Andi



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BeitragVerfasst am: So Sep 02, 2007 10:37 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Moderne Umrichter sind mehr als nur ne rotzige Wechselspannungsquelle, der Motor verhält sich ja ne nach Last und Frequenz anders, je nach Motor ergibt das ne spezifische Kennlinie. Einige Umrichter sind in der Lage sich selbstständig an den Motor anzupassen, erkennen Blockierende Motoren und die Drehzahl ohne externen Drehzahlgeber allein aus dem Stromfluss.
Noch dazu passen jetzt Umrichter mit 20, 30 kVA in ein Gerät, kaum größer als eine Schuhschachtel. Wenn ich bedenke welche Schwierigkeiten ich mit meinem tollen Umrichter bei nicht mal einem halben kW habe ist mir das ein Rätsel.

Aber zum Thema:
Nen 50-Hz-Motor einfach an 100 Hz oder 5 Hz betreiben ist auch nicht so einfach wie es sich anhört, der Eisenanteil im Motor ist auf 50 Hz ausgelegt.
Bis zur Nennfrequenz schaffen es Umrichter den Motor das volle Drehmoment zu entlocken, da sich Leistung aus Drehmoment und Drehzahl berechnen sinkt die Leistung entsprechend mit der Drehzahl, is klar.
Über Nennfrequenz wirds schwieriger, der Blindwiderstand des Motors steigt, man bräuchte höhere Spannungen, die dem Umrichter in der Regel nicht zur Verfügung stehen. Also sinkt die Leistung, die man in den Motor stecken kann erheblich, und da würde auch kein Leistungsstärkerer Umrichter helfen. Zudem erwärmt sich der Motor stärker wegen den höheren Hystereseverlusten.
Den besten Wirkungsgrad und die höchste Leistung hat der Motor also bei Nennfrequenz.
Das Problem ist der weite Drehzahlbereich, ich zweifle daran das der Frequenzumrichter den Motor dauerhaft in so niedrigen Frequenzbereichen von etwa 2 Hz betreiben kann...
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leenders



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BeitragVerfasst am: Mo Sep 03, 2007 8:04 am    Titel: Re: Mal die Frage Frequenzumrichter ???? Antworten mit Zitat

dummbock hat Folgendes geschrieben:
Ambassador hat Folgendes geschrieben:
10 u/min bis 750 u/min?

Versuch das mal mit einem normal verkabelten Induktionsmotor.

Alles in allem: Um über ein solch breites RPM-Band diese Leistung und Effizienz zu bekommen, wirst Du wohl keinen unmodifizierten Induktionsmotor verwenden können, und vermutlich wirst Du in jedem Fall eine gute Ansteuerung für ein solches System haben müssen.

Aaron

Weist Du was ein Frequenzumrichter anstellt mit eineem Motor ?

Das ist wie ein Getriebe, die haben je nach Qualität des Umrichters selbst bei
einem 20igstel der Drehzahl oft noch die Hälfte der Leistung und ein enormes Drehmoment. Das ist zwar nicht das 20fache bei einem 2igstel der Drehzahl aber mindestens das 10fache.

Dummbock.

Es ist nicht das Problem wer glaubt das er einen Umrichter mir 2.5Hz einen 2.2 Kw motor festhalten kann der irrt das Ding hat ein enormes Drehmoment.


Ja ja, subjektiv, aber tatsächlich wird das Drehmoment nicht größer als es bei "richtiger" Drehzahl ist, also das 10fache vergiss einfach. Das einfache Ja ..... e.v ein bisschen Uberlastreserve mit dem Effekt das Dir dein Anker durchbrennt. Die sehen dann Blau aus.... Der Maschinist ist dann tot...
Das Drehmoment sind die Magnetkräfte am Rotordurchmesser und die lassen eine Maximale Feldstärke zu und dann ist Schluss, mehr gibt das Eisen einfach nicht als Magnetkraft her.
Is nix mit Getriebe....
Um Dein Problem welcher Motor besser ist, ein 1500 oder ein 3000 er
m.E 3000er denn der hat besonders da wo bei deinem Umrichter nichts mehr kommt das bessere Übersetzungsverhältnis.

Bei Wicky mal kucken
http://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzumrichter#Erweiterter_Drehzahlbereich
rolf
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Ewald



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BeitragVerfasst am: Do Sep 06, 2007 4:19 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Folgenden 2 poligen 0,37 KW Dtrehstrommotor kann ich problemlos zwischen 3 bis 250 Hz an einem Lenze EVF8211-E betreiben.



Dazu schaltete ich den Motor auf 3 x 230 Volt in Dreieck und der Frequenzumrichter wird mit 3 x 400 Volt versorgt. Einzig die Strombegrenzung mußte ich auf den maximal zulässigen Nennstrom des Drehstrommotors programmieren. Bei 13000 Upm bringt er noch ausreichend Drehmoment, um kleine Motorrad Drehstromgeneratoren mit Vollast zu prüfen!
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