Energieeffizienz und Nachhaltigkeit
Energieeffizienz und Nachhaltigkeit
Die politischen Forderungen und das Umdenken vieler Menschen nach einer nachhaltigen Nutzung vorhandener Energieressourcen und der vermehrten Nutzung regenerativer Energieträger macht sich in einer steigenden Nachfrage nach energie-effizienten elektrischen Antrieben und Maschinen bemerkbar.
Im Bereich der elektrischen Energieversorgung werden elektrische Maschinen als Generatoren verwendet, um mechanische Energie in elektrische Energie zu wandeln. Dabei werden die als Generatoren betriebenen elektrischen Maschinen in konventionellen Kraftwerken, in Windenergieanlagen und in Wasserkraftwerken eingesetzt.
In elektrischen Antrieben und Maschinen erfolgt eine Wandlung elektrischer Energie in mechanische Energie, um in den zuvor genannten Anwendungsgebieten die notwendigen präzisen Bewegungen z.B. von mechanischen Werkzeugen zu ermöglichen.
In beiden genannten Fällen soll die Energiewandlung möglichst effizient erfolgen, also ohne größere Verluste beim elektromechanischen Energiewandlungsprozess innerhalb der elektrischen Maschine bzw. insgesamt im elektrischen Antriebssystem. Neben der Energieeffizienz der elektrischen Maschine, die sowohl von den verwendeten Materialien als auch von der durch die Anwendung vorgegebenen Betriebsweise abhängt, spielt auch hier die Effizienz des Energiewandlungsprozesses auf elektrischer Seite eine große Rolle. Die elektrische Maschine wird dabei über ein leistungselektronisches Stellglied (Wechselrichter) angesteuert, der die notwendige elektrische Spannung und den erforderlichen elektrischen Strom für die elektrischen Maschinen bereitstellt. Auch diese Wandlung von elektrischer Energie soll mit geringsten möglichen Verlusten erfolgen, wobei beim Wechselrichter die Energieeffizienz stark von dem Ansteuerverfahren (Modulationsverfahren) und den eingesetzten Materialien für die leistungselektronischen Halbleiterschalter abhängt.
Bei der elektrischen Maschine wird die Energieeffizienz zum einen durch den Typ und Funktionskonzept der elektrischen Maschinen (Gleichstrom-, Synchron- oder Asynchronmaschine; flussschaltende, flussreversierende oder flussmodulierende Maschine) und deren elektromagnetischer Auslegung bestimmt, zum anderen aber auch von der Belastung der Maschine im Betrieb und der Interaktion mit den vom Wechselrichter bereitgestellten elektrischen Spannungen. Zusätzlich hat auch die Vorgabe des Bewegungsprofils für den Antrieb bzw. die Antriebsachse einen wesentlichen Einfluss auf die Energieeffizienz des Antriebssystems.
Daher ist insgesamt eine systemische Betrachtung erforderlich, um die Energieeffizienz des Systems zu maximieren.