Worum geht es?
Keine Maschine gibt die ganze Energie weiter, die sie bekommt. Ein Teil wird immer zu Wärme. Der Wirkungsgrad sagt, wie viel Prozent wirklich ankommen.
Wie beim Wassereimer mit kleinen Löchern: Oben gießt du 10 Liter hinein, unten kommen nur 9 Liter an.
Wo entstehen die Verluste?
- Kupferverluste: Der Strom erwärmt die Wicklungen. Sie steigen stark mit der Last.
- Eisenverluste: Das wechselnde Magnetfeld erwärmt den Eisenkern.
- Reibung und Lüfter: Lager und Kühlung kosten auch Energie.
Foto: 鐵路1, „IE3 Series 15kW motor“, Lizenz: CC BY-SA 4.0, Quelle: Wikimedia Commons, verkleinert.
Drehstrommotoren werden in Klassen eingeteilt: IE1 (Standard), IE2 (hoch), IE3 (Premium), IE4 (Super-Premium). Je höher die Zahl, desto weniger Verluste. In der EU müssen viele neue Motoren mindestens IE3 erreichen.
Rechenbeispiele
Ein Motor nimmt 11,6 kW auf und gibt 10 kW ab.
- η = 10 kW11,6 kW ≈ 0,86
- Ergebnis: 86 %, 1,6 kW werden Wärme
An der Welle sollen 7,5 kW abgegeben werden, der Wirkungsgrad ist 0,9.
- Pzu = Pabη = 7,5 kW0,9 ≈ 8,3 kW
- Ergebnis: etwa 8,3 kW aus dem Netz
Ein 10-kW-Motor läuft 4.000 Stunden im Jahr. Ein besserer Motor spart 3 % der Leistung. Strom kostet 0,30 € pro kWh.
- Ersparnis = 0,3 kW · 4.000 h · 0,30 € = 360 €
- Ergebnis: etwa 360 € pro Jahr
Typische Fehler
- Wirkungsgrad über 100 %: Unmöglich. Dann sind Pab und Pzu vertauscht.
- Wirkungsgrade addiert statt multipliziert: In einer Kette werden sie immer multipliziert.
- Typenschild-Leistung als Netzleistung: Auf dem Typenschild steht die abgegebene Leistung. Aus dem Netz kommt mehr.
Wirkungsgrad η = abgegebene Leistung geteilt durch zugeführte Leistung, immer unter 100 %. Die Verluste werden Wärme. In einer Kette werden die Wirkungsgrade multipliziert. Effizienzklassen IE1 bis IE4: je höher, desto sparsamer.
Quiz: Teste dich
Zehn Fragen zum Thema Wirkungsgrad Maschinen. Nach jeder Antwort bekommst du eine Erklärung. Dein Fortschritt wird auf diesem Gerät gespeichert.