Die maximale Leistung, die Lebensdauer und der Wirkungsgrad von elektrischen Maschinen beziehungsweise Geräten werden maßgeblich durch das gewählte Kühlkonzept bestimmt. Der Trend zu immer höheren Leistungen bei gleichem Bauraum sowie die zunehmende Integrationsdichte erfordern zwangsläufig Verbesserungen hinsichtlich der Kühlung und bei dem Wärmemanagement. Im Rahmen der Veranstaltung werden die physikalischen Grundlagen für die Auswahl und Dimensionierung von Kühlkonzepten behandelt. Anhand von Praxisbeispielen werden Überschlagsrechnungen und detailliertere Berechnungsmethoden für luft- und flüssigkeitsgekühlte Elektromotoren vorgestellt. Diese Methoden sind aber auch auf andere technische Anlagen mit ähnlichen Temperaturbereich übertragbar.
Zum Thema
Für die Auslegung von neuen elektrischen Maschinen sowie zur Integration von fremden Elektromotoren in die eigenen Systeme sind Vorgaben oder Annahmen hinsichtlich der zu erwartenden Verluste und der möglichen Wärmeabfuhr notwendig. Um praxistaugliche Werte für das Wärmemanagement festzulegen und das passende Kühlkonzept auszuwählen, werden die Grundlagen des Wärmetransports, aber auch Wissen über die verwendeten Werkstoffe sowie die technologischen Randbedingungen vermittelt. Auf dieser Basis aufbauend, kann eine detailliertere thermische Berechnung und Optimierung der Temperaturverteilung im Antrieb erfolgen. Je nach Anwendungsfall und Aufgabenstellung können einfache Überschlagsrechnungen, Simulationen mit thermischen Ersatznetzwerken oder aufwendigeren FEM Modellen sinnvoll sein. Die Vor- und Nachteile dieser Methoden werden dazu erörtert.
Zielsetzung
Das Seminar bietet einen Überblick der wichtigsten Kühlkonzepte bei elektrischen Maschinen. Die vermittelten Kenntnisse und Methoden erlauben eine Bewertung der thermischen Verhältnisse im Motor sowie die überschlägige Dimensionierung der Kühlung ohne kommerzielle Berechnungssoftware. Kritische Aspekte in Bezug auf das Wärmemanagement können damit bereits in frühen Entwicklungsphasen identifiziert werden.
Teilnehmerkreis
Dieses Seminar richtet sich an alle Personen
Das Thermomanagement begrenzt die maximale Leistung und den erreichbaren Wirkungsgrad eines Motors.
Bereits beim Entwurf oder der Auswahl eines Motors muss die Kühlung in der Anwendung mitberücksichtigt werden. Dafür sind Erfahrungswerte und thermische Berechnungsmodelle notwendig.
Sofern ausreichend, erfolgt die Kühlung von Elektromotoren überwiegend mit Luft, da dies meist die kostengünstigste Lösung darstellt. Für Antriebe mit besonders hohen Leistungsdichten werden effizientere Kühlungen mit Wasser- oder Öl eingesetzt.
Moderne Isolationswerkstoffe und Fertigungstechnologien ermöglichen höhere Motortemperaturen und eine Steigerung der Kühlleistung.
Durch die Anwendung von KI – Verfahren kann die Zustandsüberwachung von Motoren und die thermische Modellierung auf ein neues Niveau gehoben werden.
Im Allgemeinen führt eine Temperaturzunahme von etwa 10°C zu einer Halbierung der Lebensdauer von Isolierungen und damit des Motors. Eine effizientere Kühlung ermöglicht eine Leistungssteigerung bei gleichem Temperaturniveau oder eine Wirkungsgradsteigerung durch die Absenkung der mittleren Wicklungstemperatur.
Durch Abstimmung des Thermomanagements für eine konkrete Anwendung kann der Energieverbrauch eines Elektromotors oder der Kühlung selbst optimiert werden.
Die Temperaturüberwachung in Echtzeit ist ein wesentlicher Bestandteil moderner Antriebssysteme. Für die Steuerung des Thermomanagements sind die Auswahl der Messpunkte und die Verarbeitung der Messwerte entscheidend für die Zuverlässigkeit.
Durch eine bedarfsgerechte und effiziente Kühlung kann der Energieverbrauch von Antrieben weiter gesenkt oder die Leistung angehoben werden. KI- Verfahren erlauben eine spezifische Anpassung des Thermomanagements im Betrieb bei minimalen Wissen über den Anwendungsfall.
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