Im Vergleich zu herkömmlichen Drehstrom-Asynchronmotoren bieten Permanentmagnet-Synchronmotoren die Vorteile eines hohen Anlaufdrehmoments, einer kurzen Anlaufzeit und einer hohen Überlastfähigkeit. Dadurch kann die installierte Leistung des Antriebsmotors der Anlage basierend auf der tatsächlichen Wellenleistung reduziert werden. Dies spart Energie und reduziert gleichzeitig die Investitionen in Sachanlagen.
Permanentmagnet-Synchronmotoren sind relativ einfach zu regeln, da die Drehzahl ausschließlich durch die Frequenz bestimmt wird. Sie arbeiten ruhig und zuverlässig, unabhängig von Last- und Spannungsschwankungen. Ihre streng synchronisierte Drehzahl sorgt für ein ausgezeichnetes dynamisches Verhalten und eignet sich daher gut für die Frequenzregelung.
Permanentmagnet-Synchronmotoren bieten außerdem Vorteile hinsichtlich geringer Verluste und Temperaturanstieg sowie eines hohen Leistungsfaktors und Wirkungsgrads. Diese Faktoren, die den Leistungsanforderungen der Motoren entsprechen, haben ihre Marktdominanz begründet.
Warum haben Permanentmagnetmotoren geringe Verluste und einen geringen Temperaturanstieg?
Da das Magnetfeld eines Permanentmagnet-Synchronmotors durch Permanentmagnete erzeugt wird, entfallen die Erregerverluste (auch Kupferverluste genannt), die sonst durch die Verwendung von Erregerstrom zur Erzeugung des Magnetfelds entstehen würden. Bei laufendem Motor zieht der Rotor keinen Strom, wodurch der Temperaturanstieg des Motors deutlich reduziert wird. Unvollständigen Statistiken zufolge ist der Temperaturanstieg unter gleichen Lastbedingungen etwa 20 K geringer.
Permanentmagnet-Synchronmotoren bieten hohen Leistungsfaktor und Wirkungsgrad
Im Vergleich zu Asynchronmotoren bieten Permanentmagnet-Synchronmotoren bei geringer Belastung einen deutlich höheren Wirkungsgrad. Sie zeichnen sich zudem durch einen breiten Betriebsbereich aus, der bei einem Lastfaktor von 25 % bis 120 % über 90 % liegt. Der Nennwirkungsgrad von Permanentmagnet-Synchronmotoren entspricht der aktuellen nationalen Norm für Energieeffizienzklasse 1 und bietet damit einen deutlichen Vorteil gegenüber Asynchronmotoren hinsichtlich der Energieeinsparung.
Im tatsächlichen Betrieb arbeiten Motoren beim Antrieb von Lasten selten mit voller Leistung. Dies ist auf zwei Faktoren zurückzuführen: Erstens legen Konstrukteure bei der Auswahl von Motoren die Motorleistung üblicherweise auf Grundlage der extremen Betriebsbedingungen der Last fest, die selten auftreten. Um ein Durchbrennen des Motors unter anormalen Betriebsbedingungen zu verhindern, enthalten Motorkonstruktionen häufig eine Leistungsreserve. Zweitens berücksichtigen Motorhersteller zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit üblicherweise eine gewisse Leistungsreserve über die vom Benutzer angegebene Leistung hinaus. Folglich arbeiten die meisten Motoren im tatsächlichen Betrieb mit weniger als 70 % ihrer Nennleistung, insbesondere beim Antrieb von Lasten wie Lüftern und Pumpen, bei denen Motoren typischerweise im Schwachlastbereich betrieben werden. Bei Asynchronmotoren ist der Wirkungsgrad bei Schwachlast sehr gering, während Permanentmagnet-Synchronmotoren im Schwachlastbereich noch immer einen relativ hohen Wirkungsgrad aufrechterhalten können.
Permanentmagnet-Synchronmotoren haben einen hohen Leistungsfaktor, unabhängig von der Polzahl. Bei Volllast nähert sich der Leistungsfaktor 1. Dies führt zu niedrigeren Motorströmen als bei Asynchronmotoren, was zu geringeren Kupferverlusten im Stator und einem höheren Wirkungsgrad führt. Allerdings sinkt der Leistungsfaktor von Asynchronmotoren mit zunehmender Polzahl. Aufgrund des hohen Leistungsfaktors von Permanentmagnet-Synchronmotoren kann zudem die Kapazität der Stromversorgung (Transformator) des Motors theoretisch reduziert werden, was wiederum die Anforderungen an die Schaltanlage und die Kabel reduziert.
Nachteile von Permanentmagnet-Synchronmotoren
Permanentmagnet-Synchronmotoren haben jedoch auch Nachteile. So ist ihr Anlaufstrom etwa neunmal höher als der von Asynchronmotoren. Sie können nicht mit reduzierter Spannung gestartet werden. Unter Bedingungen einer reduzierten Stromversorgungsspannung sinkt ihr asynchrones Anlaufdrehmoment stärker als das von Asynchronmotoren, was zu Startschwierigkeiten führt. Die Parameter für die Selbststarteigenschaften und den Rückkopplungsstrom bei Systemkurzschlüssen von Permanentmagnet-Synchronmotoren variieren je nach Hersteller erheblich. Da es zudem schwierig ist, relevante Daten zu erhalten, bringt der Einsatz von Permanentmagnet-Synchronmotoren Unsicherheiten hinsichtlich des Kurzschlussverhaltens von Stromversorgungssystemen und der Überprüfung der Startberechnung mit sich.
