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Drehmomentkurve Tesla Model S
Hallo zusammen.
Ich glaube ich brauche einen Crashkurs was Elektromotoren angeht. Ich komme nämlich nicht mit dem Gedanken klar, dass ein Elektrofahrzeug (wie z.B. der Tesla Model S) über eine Drehmomentlinie verfügt, wie sie es eben haben. Hierbei meine ich insbesondere den Model S. Dieser hat folgende Kurve (rote Linie):
http://mihalache.free.fr/TSLA/ModelS.png
Zu erkennen: über einen weiten Geschwindigkeitsbereich hat er ein konstantes (maximales) Moment, welches anschließend exponentiell abfällt. So werden E-Fahrzeuge ja schließlich auch beworben. "Sofort und über die Drehzahl von .. bis .. konstantes maximales Drehmoment."
Mein Problem dabei ist, dass ein Model S mit Asynchronmaschinen fährt. Diese hat folgende Kennlinie:
http://fs5.directupload.net/images/170203/whkvwhdn.gif
Klar, sie startet mit einem hohen Moment, aber von Konstanz erkenne ich nicht viel. (Zumal ich es in Erinnerung habe, dass wie es im Bild hier so ist, dass Asynchronmaschinene eben im gekennzeichneten "Normalbetrieb" betrieben werden, also im stark Moment fallenden Bereich.)
Ich kann die Kennlinien der Asynchronmaschine nicht mit der des Teslas vereinbaren.
Kann mir jemand deren Zusammenhang erklären oder sonst wie der Tesla auf seine Kurve kommt?
Mit einer Synchronmaschine könnte ich mir das eher vorstellen, weil Zitat Wikipedia:
Ein Vorteil des Synchronmotors gegenüber dem Asynchronmotor ist die starre Kopplung der Drehzahl und der Winkellage an die Betriebsfrequenz. Daher eignen sich Synchronmotoren für Stellantriebe und andere Anwendungen, bei denen eine belastungsunabhängige, stabile Drehzahl gefordert ist.
Hoffe mir kann das jemand erklären.
Grüße!
Beste Antwort im Thema
Der Unterschied kommt daher, da deine verlinkte Kurve von konstanter Netzfrequenz ausgeht. Also z.B. von 50Hz. Das Drehmoment der Asynchronmaschine ist 0Nm, sobald der Motor mit Netzfrequenz läuft.
Der Teslamotor wird aber mit variabler Frequenz je nach Drehzahl und Gaspedalstellung angespeist. Daher kann die Leistungskurve von der Elektronik innerhalb der Leistung des Akkus und der thermischen Belastbarkeit von Motor, Akku und Leitungen mehr oder weniger beliebig eingestellt werden.
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28 Antworten
Der Unterschied kommt daher, da deine verlinkte Kurve von konstanter Netzfrequenz ausgeht. Also z.B. von 50Hz. Das Drehmoment der Asynchronmaschine ist 0Nm, sobald der Motor mit Netzfrequenz läuft.
Der Teslamotor wird aber mit variabler Frequenz je nach Drehzahl und Gaspedalstellung angespeist. Daher kann die Leistungskurve von der Elektronik innerhalb der Leistung des Akkus und der thermischen Belastbarkeit von Motor, Akku und Leitungen mehr oder weniger beliebig eingestellt werden.
Danke schon mal für die Antwort soweit! :-)
Doch das möchte ich nun etwas genauer wissen 
Achso, die Drehzahl der Asynchronmaschine ist abhängig von der Frequenz. Entsprechend kann ich die Drehzahl der Asynchronmaschine mit einer Umstellung der Frequenz einstellen. (Frequenz hat ja direkt mit der "Drehgeschwindigkeit" des (Dreh-)Stromes zu tun - bitte korrigieren wenn das falsch ist.)
Und je näher meine Rotordrehzahl der Drehstromdrehzahl kommt, umso weniger Moment habe ich, weil umso weniger wird mein Rotor von diesem Feld angezogen.
Zur Teslakurve:
Also wie ich das jetzt verstehe ist die Konstanz (oder eben nicht-Konstanz) des Moments, wie eben gesagt, von der eingespeisten Frequenz abhängig. Also kann man, wenn auch nur salopp, sagen: je mehr ich mein Pedal hineindrücke, also die Drehzahl schneller hoch bringen möchte, desto schneller muss die Steuerung auch die Frequenz (folglich die Strom"drehung") hochfahren, sodass ich beim Beschleunigen kein Momentverlust bekomme.
Hoffe das ist soweit richtig?
Außerdem nehme ich weiter an, dass der Tesla, wie in der Grafik oben, bei ca. 60km/h die Frequenz nicht weiter steigern kann, sodass eben das Moment abfällt, da sich ja der Rotor immer mehr dem Drehfeld angleicht, diesem nun also näher kommt.
Wieso habe ich dann da direkt einen Momentenabfall, also wieso steigt das Moment nicht bis zum Kippmoment, und fällt erst dann ab, wie es bei der Konstanten Netzfrequenz der Fall ist? Liegt das auch an der Steuerung der Frequenz, z.B. wird die Erhöhung der Frequenz nur langsam eingedämmt? Oder liegt das vielleicht daran dass ich sowieso schon eine erhöhte Rotordrehzahl habe, sodass der typische Momentenberg nicht mehr zustande kommen kann?
Zitat:
@Nudelh0lz schrieb am 3. Februar 2017 um 17:40:45 Uhr:
Danke schon mal für die Antwort soweit! :-)
Doch das möchte ich nun etwas genauer wissen
Achso, die Drehzahl der Asynchronmaschine ist abhängig von der Frequenz. Entsprechend kann ich die Drehzahl der Asynchronmaschine mit einer Umstellung der Frequenz einstellen. (Frequenz hat ja direkt mit der "Drehgeschwindigkeit" des (Dreh-)Stromes zu tun - bitte korrigieren wenn das falsch ist.)
Und je näher meine Rotordrehzahl der Drehstromdrehzahl kommt, umso weniger Moment habe ich, weil umso weniger wird mein Rotor von diesem Feld angezogen.
Zur Teslakurve:
Also wie ich das jetzt verstehe ist die Konstanz (oder eben nicht-Konstanz) des Moments, wie eben gesagt, von der eingespeisten Frequenz abhängig. Also kann man, wenn auch nur salopp, sagen: je mehr ich mein Pedal hineindrücke, also die Drehzahl schneller hoch bringen möchte, desto schneller muss die Steuerung auch die Frequenz (folglich die Strom"drehung") hochfahren, sodass ich beim Beschleunigen kein Momentverlust bekomme.
Hoffe das ist soweit richtig?
Außerdem nehme ich weiter an, dass der Tesla, wie in der Grafik oben, bei ca. 60km/h die Frequenz nicht weiter steigern kann, sodass eben das Moment abfällt, da sich ja der Rotor immer mehr dem Drehfeld angleicht, diesem nun also näher kommt.
Wieso habe ich dann da direkt einen Momentenabfall, also wieso steigt das Moment nicht bis zum Kippmoment, und fällt erst dann ab, wie es bei der Konstanten Netzfrequenz der Fall ist? Liegt das auch an der Steuerung der Frequenz, z.B. wird die Erhöhung der Frequenz nur langsam eingedämmt? Oder liegt das vielleicht daran dass ich sowieso schon eine erhöhte Rotordrehzahl habe, sodass der typische Momentenberg nicht mehr zustande kommen kann?
Sorry, mein Computer hat gerade gesponnen und diesen Text abgeschickt.
Ich wollte eigentlich sagen: Einfach mal eine Probefahrt machen und die Tesla Drehmoment Kurve am eigenen Leib erfahren, das ist besser als alle Theorie!
Es geht mir gerade nur ums Verständnis (Student halt...)
Wenn ich irgendwann mal die Möglichkeit habe würde ich gerne mal damit fahren 
Bin bisher was E-Autos angeht nur mal bei einem E-Smart mitgefahren...
Zitat:
@Nudelh0lz schrieb am 3. Februar 2017 um 17:40:45 Uhr:
Und je näher meine Rotordrehzahl der Drehstromdrehzahl kommt, umso weniger Moment habe ich, weil umso weniger wird mein Rotor von diesem Feld angezogen.
Genau das ist der springende Punkt. Wer das verstanden hat, weiß warum die Drehmomentkurve so aussieht, wie sie aussieht. 
Zu weit voraus sollte die Frequenz aber auch nicht sein. In deiner Kurve sieht man ja sehr schön, dass es einen optimalen Punkt gibt, wo das Drehmoment am höchsten ist.
Zitat:
Außerdem nehme ich weiter an, dass der Tesla, wie in der Grafik oben, bei ca. 60km/h die Frequenz nicht weiter steigern kann, sodass eben das Moment abfällt, da sich ja der Rotor immer mehr dem Drehfeld angleicht, diesem nun also näher kommt.
In Unkenntnis der genauen technischen Daten muss ich ab hier raten, aber ich glaube nicht, dass die Frequenz hier schon ein Problem wird. Eher wird der Akku nicht mehr genug Leistung liefern können, weshalb bei steigender Drehzahl das Drehmoment sinkt. Deine ideale Kurve gilt ja nur abhängig von der Drehzahl unter der Annahme, dass die Energiequelle immer genug Leistung liefern kann, was beim Akku natürlich nicht der Fall ist.
Und lass dich nicht von anderslautenden Stimmen von der Theorie abbringen. Theorie kann genauso spannend sein wie die Praxis. Die Praxis macht sogar noch viel mehr Spaß, wenn man die Theorie versteht.
Ich denke soweit reicht mir das Verständnis mit dem Thema fürs erste (ist ja nicht mein Schwerpunkt aber die Schnittstelle sollte ich wohl drauf haben) :-) Danke !
Das mit Therie und Praxis ist so eine Sache. Z.B. will ich nicht nur das Auto fahren, ich will wissen, warum es fährt. Wo anders will ich dann vielleicht doch an Magie und Zauberei glauben
Weitere Hintergrundinformationen findest Du hier :
http://download.sew-eurodrive.com/download/pdf/10522905.pdf
http://download.sew-eurodrive.com/download/pdf/11322802.pdf
Noch paar ergänzende Infos :
Unterhalb des des Nennpunktes des Motors = theoretische Nenndrehzahl bei 50 Hz kannst Du am Umrichter ein höheres Drehmoment als das Kippmoment ( max. Moment bei Netzbetrieb) erzeugen.
Der Teslamotor ist eine absolute Sonderwicklung, am Netz würde der auch im Leerlauf niemals laufen können.
Beim Tesla Roadster ist die Nenndrehzahl bei ungefähr 90-100 km/h, bis dahin gibt es volles Moment, danach sinkt das zur Verfügung stehende umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit prinzipbedingt ab.
Du könntest z.B. ein 300 kW (Netzmotor für 50 Hz) bei Umrichterbetrieb bei ca. 150 ... 200 Hz mit einem ganz kleinen Bremsmoment zum Kippen und damit zum Stillstand bringen, dabei ist es egal wie gross der Umrichter ist.
Jetzt muss ich doch noch einmal kurz etwas zur prinzipiellen Physik eines Elektromotors sagen.
„Kulgscheisser Modus an“
Der Drehmomentverlauf eines Elektromotors, unabhängig von der Bauart, steht immer in einem umgekehrten Verhältnis zur Drehzahl. Dies liegt daran, das bei stehendem Motor der Innenwiderstand des Motors nur durch den ohmschen Widerstand der Spulenwicklungen definiert ist (meist sehr niedrig), während er bei zunehmender Drehzahl durch magnetische Gegeninduktion ständig steigt. Bei gleich bleibender Spannung ist also der Stromfluss bei stehendem Motor am größten, bei hoher Drehzahl am niedrigsten. Dies gilt genauso für das Drehmoment. Um bei Motoren, die auch bei niedriger Drehzahl arbeiten sollen, einen quasi-Kurzschluss mit extremen Stromstärken und extremem Drehmoment bei niedriger Drehzahl zu verhindern, sind immer Regelmechanismen notwendig. Dies gilt auch für den Tesla Motor, der ja kein physikalischer Versuchsaufbau, sondern ein ergonomisch arbeitender Antrieb sein soll, der den Insassen immer das Gefühl von geballter Kraft gibt, ohne dass beim Anfahren alle vier Räder durchdrehen, wozu die Motoren rein physikalisch ohne Probleme in der Lage wären, oder die Akkus überlastet werden. So gesehen ist der Drehmomentverlauf des Tesla allein das Ergebnis von Kennfeldern, die den Motor steuern und hat mit Physik rein garnix zu tun.
„Klugscheisser Modus aus“
Ähhh, bis auf den letzten Satz kann ich allem zustimmen. Aber der solle wie folgt lauten: So gesehen ist der Drehmomentverlauf des Tesla allein das Ergebnis von Kennfeldern, die den Motor steuern und ist reine Physik.
Ich fühle mich vom Drehmomentverlauf meines Autos aber auch immer sehr gut unterhalten. Also ist es vielleicht doch eher Unterhaltungselektronik?
Zitat:
@samothRenuaz schrieb am 4. Februar 2017 um 07:19:42 Uhr:
Jetzt muss ich doch noch einmal kurz etwas zur prinzipiellen Physik eines Elektromotors sagen.
„Kulgscheisser Modus an“
Der Drehmomentverlauf eines Elektromotors, unabhängig von der Bauart, steht immer in einem umgekehrten Verhältnis zur Drehzahl.
hmm, den Kulgscheisser Modus kenne ich nicht, willst Du uns damit andeuten, dass Deine Ausführungen ohne hin nicht so ganz richtig sind ?
Für den Fall will ich nichts gesagt haben
In meinen Betrachtungen steht der Elektromotor in Kombination mit einem Frequenzumrichter, wobei der Elektromotor noch einen Geber hat.
(Ist bei Tesla Roadster und Tesla Model S so gegeben)
Ausgehend von einem Standardnetzmotor (50 Hz, Sternschaltung, Netzspannung 3x 400 V oder DC max. 560 V ). In diesem Falle wirkt sich es bei Umrichterbetrieb mit entsprechend großem Umrichter diese Kennlinie unterhalb von 50 Hz gar nicht aus, d.h. Du kannst immer mindestens ein konstantes Drehmoment aufbringen.
Du kannst durch Verwendung der 87 HZ Kennlinie (Motor in Dreieck schalten ) dies bis 87 Hz machen.
Der Tesla hat mit Sicherheit eine Sonderwicklung, vermutlich liegt der Sternpunkt > 50 Hz, gleichzeitig ist die Zwischenkreisspannung des Umrichters mindestens 400 V DC (Spannung der Batterie), vermutlich durch einen DC/DC Wandler auf einen noch höheren Wert gesetzt.
=> Du kannst über einen noch größeren Bereich konstantes Drehmoment fahren
Hallo Talkredius, was ich mit meiner sicherlich sehr vereinfachten Ausführung eigentlich sagen wollte, ist, dass die Drehmomentkurve eines solchen Hitech Aggregates durch die Motorsteuerung bestimmt wird und nicht durch irgendwie geartete technisch-physikalische Grenzen. Wahrscheinlich könnte der Motor noch ganz anders, wenn nicht auf die Batterie, die Insassen und die Wärmeentwicklung Rücksicht genommen werden müßte. Das sieht man ja schon beim S100P, der per Button-Druck im Ludicrous Modus einen ganz anderen Drehmomentverlauf hat, bei gleichem Motor und gleichem Akku.
Hier ein interessanter Artikel zum Motor im Tesla.
Der Motor ist nicht wirklich High-Tech. High-Tech ist die Ansteuerung über den Inverter, so dass das maximale Drehmoment über einen weiten Bereich zur Verfügung steht.