E- Maschinen

Elektrische Maschinen wandeln, je nach Wirkrichtung, entweder elektrische Energie in mechanische Energie um oder umgekehrt. Die Umwandlung hin zur mechanischen Energie wird als motorischer Betrieb bezeichnet, derjenige hin zur elektrischen Energie als generatorischer Betrieb. Da die Drehrichtung sowohl links als auch rechts sein kann, ergeben sich im Drehzahl-Drehmomentdiagramm 4 Quadranten (Bild Hyc1). Der Drehzahlbereich, in dem eine E-Maschine ihr maximales Drehmoment erreicht, wird Grunddrehzahlbereich genannt. Er wird u. a. durch den maximal zulässigen Strom in der E-Maschine bzw. in der Ansteuerung begrenzt. Oberhalb dieser Drehzahl muss aus thermischen Gründen die Leistung beschränkt werden, so dass das Drehmoment über der Drehzahl absinkt. Dieser Bereich wird Feldschwächebereich genannt.
Die Funktion der E-Maschinen basiert auf der Lorentzkraft, d. h. die Krafteinwirkung eines Magnetfeldes auf eine bewegte Ladung und auf dem Faradayischen Gesetz. Je nach Bauart wird zwischen Gleichstrommaschinen, Wechselstrommaschinen oder Drehstrommaschinen mit jeweils weiteren Unterarten unterschieden (Bild Hyc2). Stand der Technik heutiger Hybridantriebe sind die Drehstrommaschinen.

Trotz ihres hohen Wirkungsgrad sind die Verluste der E-Maschinen nicht zu vernachlässigen. Die Verlustleistung setzt sich dabei aus Kupfer-, Eisen- und Reibungsverlusten zusammen, Bild Hyc3. Wobei Kupferverluste die Erwärmung der Leiter infolge des Stromflusses durch die Maschine bezeichnen und die Eisenverluste für die Verluste aufgrund der ständigen Ummagnetisierung einzelner Bauteile stehen. Lagerreibung, Reibung von Kommutatoren und gegebenenfalls auch die Lüfterleistung werden zu den mechanischen Verlusten gezählt. Je nach Art und Aufbau der E-Maschinen treten die einzelnen Verlustarten unterschiedlich stark auf.
Unter Belastung zeigen die einzelnen E-Maschinen ein unterschiedliches Drehzahl-Drehmoment-Verhalten. In Bild Hyc4 sind drei charakteristische Verläufe dargestellt, nämlich das Nebenschluss-, das Reihenschluss- und das Synchronverhalten.