Wirkungsgrad der Elektroloks in Zusi

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Alwin Meschede
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Wirkungsgrad der Elektroloks in Zusi

#1 Beitrag von Alwin Meschede »

Beim ET 420 habe ich mich erstmals bewusst mit Zusis Optionen zum Wirkungsgrad beschäftigt, weil das wegen der Anschnittsteuerung bei diesem Triebwagen ein Effekt ist, den man berücksichtigen sollte. Und es war für dieses Fahrzeug ein offizieller Plot "Oberstrom über Geschwindigkeit" verfügbar. Das hat man sonst fast nie. Damit konnte man sehr schön den Wirkungsgrad so einstellen, dass er dem originalen Plot entsprach.

Ein Nebenbefund war allerdings, dass wahrscheinlich alle Elektroloks in Zusi derzeit einen zu guten Wirkungsgrad eingestellt haben. Ihr Energieverbrauch ist deshalb zu niedrig. Zusi arbeitet rechnerisch bei elektrischen Triebfahrzeugen mit zwei Wirkungsgraden: Einmal der Wirkungsgrad des Elektromotors. Der ergibt sich aus den technischen Eckdaten und ist deshalb nur relativ schwer beeinflussbar. Bei den meisten Zusi-Loks bewegt er sich in der Gegend von maximal 96 %. Der zweite Wirkungsgrad ist der "Wirkungsgrad Trafo". Dieser ist entgegen seines Namens nicht nur für den Trafo, sondern auch für alles andere zuständig (Verluste im Umrichter etc.). Bei den allermeisten Fahrzeugen in Zusi steht dieser Wert derzeit auf dem Defaultwert des Fahrzeugeditors von 98 %, denn um diesen Wert hat sich all die Jahre nie jemand gekümmert. Zusammen mit dem Wirkungsgrad des Motors haben die Zusi-Elektroloks deshalb derzeit meistens einen Gesamtwirkungsgrad von 94 %. Das ist viel zu gut.

Wie sieht es in der echten Welt aus? Frühe Drehstromloks (Baureihen 120, 127, 128) hatten nach konventioneller Literaturweisheit einen Gesamtwirkungsgrad zwischen 80 und 83 %. Die Baureihe 101 hat angeblich einen Gesamtwirkungsgrad von 85 %. Frage: Stimmt das wirklich? Für die Traxx 1 findet man hier einen Wert von 82,5 %. Das wundert mich ein wenig, denn die Traxx 1 ist technisch jünger als die 101. Jedenfalls die Frage in die Runde: Wer kann weitere Gesamtwirkungsgrade von elektrischen Triebfahrzeugen (woher auch immer) hier zusammentragen? Besonders interessant wären auch Werte von sehr modernen Drehstromfahrzeugen. Bei der Umrichtertechnik sollte sich ja in den letzten 20 Jahren noch das eine oder andere getan haben.

Jetzt zu den Auswirkungen in Zusi: Wenn wir den Wirkungsgrad im Schnitt um 9 % runtersetzen, wird das voraussichtlich erhebliche Auswirkungen auf das Fahrverhalten im hohen Geschwindigkeitsbereich haben. Denn die Loks stoßen dann früher an ihre Oberstrombegrenzung an. Aber die Simulation wird dadurch halt realistischer. Da wir die Fahrzeuge ohnehin gerade wegen Mehrsystemfähigkeit in der Kur haben, könnte ich die Wirkungsgrad-Änderungen gleich mit vornehmen.
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F. Schn.
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Re: Wirkungsgrad der Elektroloks in Zusi

#2 Beitrag von F. Schn. »

Wie kommen diese unheimlich niedrigen Wirkungsgrade eigentlich zustande? Dass Motoren und Transformatoren schlecht wären, kann ich mir eigentlich nicht vorstellen. Also sehe ich da eigentlich nur, dass der Umrichter bei nur (edit: 0,80/(0,96*0,98) = ) 85% liegt. Aber da habe ich eigentlich auch eher Werte im Bereich von 95% erwartet? ?(
Zuletzt geändert von F. Schn. am 02.08.2021 18:00:53, insgesamt 2-mal geändert.
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Alwin Meschede
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Re: Wirkungsgrad der Elektroloks in Zusi

#3 Beitrag von Alwin Meschede »

Die einzelnen Wirkungsgrade der Teilkomponenten multiplizieren sich zum Gesamtwirkungsgrad: https://de.wikipedia.org/wiki/Wirkungsg ... rkungsgrad
Nehmen wir mal einen Motor mit 96 % an, Trafo mit 98 % und einen Umrichter mit 90 % => Gesamtwirkungsgrad 84,7 %.

Mit durchweg über 80 % liegen Drehstromloks beim Gesamtwirkungsgrad übrigens ziemlich gut. Konventionelle Schaltwerkloks erreichten in der Spitze so etwa 75 %, wenn ich der Firma AEG glauben kann. Und der ET 420 lag noch schlechter und erreichte selbst am besten Betriebspunkt nicht die 70 %.
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Re: Wirkungsgrad der Elektroloks in Zusi

#4 Beitrag von Michael_Poschmann »

Alwin, die von Dir im jüngsten Post genannten Werte erscheinen mir für Antriebe dieser Größenordnung plausibel.
Nicht umsonst sind üppig dimensionierte Lüfter im Einsatz, um die Abwärme (=Verluste!) abzuführen.
Interessant wäre noch zu wissen, ob und wie Nebenbetriebe in den Gesamtwirkungsgrad eingehen.

Grüße
Michael

F(R)S-Bauer
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Re: Wirkungsgrad der Elektroloks in Zusi

#5 Beitrag von F(R)S-Bauer »

Hallo,

bei Schaltnetzteilen habe ich heute höherer Wirkungsgrade als bei konventionellen Trafos, was Hauptsächlich an den Eisenverlusten und der niedrigen Frequenz liegt.
Im Flugzeugbereich Arbeitet man historisch mit 400Hz, was kleiner Trafos ergibt. Wenn man dann mal ein "Schaltnetzteil" für 16 ~ 25 KV, 16 2/3 bis 50 Hz auf 1000V baut dürfte der Wirkungsgrad nach oben gehen.

Aber die Spannungsfestigkeit der Bauteil ist da noch der begrenzende Faktor, wenn man Überspannungen mit Berücksichtigen muss. Sonst endet das wie bei Märklin Digitaldecoder und blauen Trafos für 220V...*Puff*.

Gruß

Ralf

Alwin Meschede
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Re: Wirkungsgrad der Elektroloks in Zusi

#6 Beitrag von Alwin Meschede »

Alwin Meschede hat geschrieben: 02.08.2021 13:52:59 Besonders interessant wären auch Werte von sehr modernen Drehstromfahrzeugen. Bei der Umrichtertechnik sollte sich ja in den letzten 20 Jahren noch das eine oder andere getan haben.
Dazu ein Datenpunkt: Der Desiro HC erreicht 90 %. https://www.siemens.com/press/pool/de/f ... 2017-d.pdf
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Alwin Meschede
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Re: Wirkungsgrad der Elektroloks in Zusi

#7 Beitrag von Alwin Meschede »

Noch ein Datenpunkt: Der S-Bahn-Triebwagen 481/482 mit seinem Gleichstrom->Drehstrom-Antriebsstrang hat einen Gesamtwirkungsgrad von maximal 88 %.
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Wolfgang E.
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Re: Wirkungsgrad der Elektroloks in Zusi

#8 Beitrag von Wolfgang E. »

Vielleicht mal etwas Prinzipielles zu der Diskussion: Ein Tfz hat nicht einen Wirkungsgrad sondern unendlich viele. Der angegebene Wirkungsgrad macht nur Sinn zusammen mit einem Betriebspunkt, zu dem er gehört. Das gleiche gilt für Leistungsangaben. Sinnvollerweise müsste man eigentlich mit meist stromabhängigen Verlusten rechnen. Der Wirkungsgrad ergibt sich dann aus der abgegebenen mechanischen Leistung geteilt durch diese Leistung plus die Verluste. Im Anfahrmoment ist der Wirkungsgrad folglich 0 %.
Ich vermute mal, die angegebenen Wirkungsgrade beziehen sich auf den Stundenleistungspunkt und gelten nur für diesen. Für alle anderen Betriebspunkte stimmt der Oberstrom dann nicht.

Viele Grüße Wolfgang

Alwin Meschede
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Re: Wirkungsgrad der Elektroloks in Zusi

#9 Beitrag von Alwin Meschede »

machina-vectoria hat geschrieben: 07.07.2022 23:32:00 Der angegebene Wirkungsgrad macht nur Sinn zusammen mit einem Betriebspunkt, zu dem er gehört.
Ja. Deswegen gibt es die grafische Kurve "Wirkungsgrad" in der Antriebskonfiguration. Mit dem Trafowirkungsgrad-Parameter lässt sich der Scheitelpunkt dieser Kurve beeinflussen.

Erfahrungsgemäß geben Fahrzeughersteller den Wirkungsgrad als Zahl an irgendeinem Betriebspunkt an, bei dem ihr Fahrzeug halt am besten aussieht. Wenn man so eine Angabe hat, dann übernimmt man sie nicht einfach stumpf in Zusi, sondern spielt so lange am Trafowirkungsgrad-Parameter, bis Zusis Kurve durch den vom Hersteller angegebenen Punkt läuft.
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Re: Wirkungsgrad der Elektroloks in Zusi

#10 Beitrag von Wolfgang E. »

Auch der Trafo hat keinen festen Wirkungsgrad und bei Schaltwerksloks keinen festen Leistungsfaktor. Umrichterloks regeln den Leistungsfaktor auf ca. 0,98 induktiv aus.
Konstante Primärspannung vorausgesetzt, hat der Trafo vereinfacht konstante Verluste aus dem Querzweig des Ersatzschaltbildes, also die Eisenverluste durch Hysterese und Wirbelströme, und im Längszweig die Kupferverluste, die quadratisch mit dem Strom steigen. Der Wirkungsgrad fängt bei Null an, steigt dann, hat sein Maximum, wenn Kupfer- und Eisenverluste gleich groß sind, und fällt danach wieder ab. Der Leistungsfaktor fängt bei 0,1-0,2 an und steigt bis zur Höchstleistung an.

Wenn man die Einstellungen in Zusi geschickt macht, gelten Sie für einen Punkt mit hoher Leistung und für alle anderen Punkte halt nur mehr oder weniger bedingt.

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