Elektrobandwerkstoffe sind für die Effizienz von elektrischen Maschinen von entscheidender Relevanz. In Zeiten der Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen (E-Mobilität), erfahren sie daher zunehmende Bedeutung. Durch Verbesserung ihres Eigenschaftsprofils lassen sich Effizienz und Wirkleistung von elektrischen Maschinen verbessern, ihre Verlustleistung verkleinern und damit Emissionen einsparen. Elektrobandwerkstoffe leisten damit einen wichtigen Beitrag, um den Anforderungen der umweltgerechten Gestaltung von Elektromotoren gerecht zu werden.
Aktualisiert: 2022-11-24
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Die Effizienz und Leistungsdichte elektrischer Maschinen ist maßgeblich von den verwendeten Magnetkreismaterialien abhängig. Die gezielte, bestmögliche Werkstoffauswahl für den jeweiligen Anwendungsfall und verbesserte Materialien sind erforderlich, um Ummagnetisierungsverluste zu minimieren und steigende Anforderungen bzgl. Effizienz und Leistungsdichte zu erfüllen. Nichtkornorientiertes Elektroband dient im Magnetkreis dazu, den magnetischen Fluss zu führen und zu verstärken. Damit kann es genutzt werden, um die Betriebseigenschaften rotierender elektrischer Maschinen zu optimieren. Mit einem erweiterten Verständnis der Materialeigenschaften, ihrer Parameter und deren Wechselwirkungen kann das Potential des Werkstoffs schon bei der Dimensionierung und Konstruktion der Maschinen berücksichtigt werden.
Der thematische Schwerpunkt der vorgelegten Arbeit besteht darin, eine anwendungsspezifische Elektrobandauswahl zu ermöglichen. Durch die Angabe von gewünschten strukturellen Materialparametern wird ein spezifisches, neues „Tailor-Made“ Elektrobanddesign unter Berücksichtigung zentraler physikalischer Zusammenhänge des Werkstoffs und des Betriebs der elektrischen Maschine zusätzlich ermöglicht. Das Potential des Elektrobandes ist bei weitem noch nicht ausgeschöpft, da die komplexen Wechselwirkungen zwischen dem Werkstoff und den Betriebseigenschaften rotierender Maschinen nicht vollständig wissenschaftlich durchdrungen und auch nicht quantifiziert sind. Im Rahmen der Arbeit wird das Materialverhalten untersucht und es werden Materialmodelle entwickelt bzw. erweitert. Damit wird ein Beitrag zum erweiterten Verständnis der Elektrobleche und eine verbesserte Berücksichtigung des Werkstoffs in der Berechnung und Auslegung rotierender elektrischer Maschinen geleistet.
Aktualisiert: 2020-10-22
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Nicht kornorientiertes Elektroblech dient in der elektrischen Maschine zur Führung und Verstärkung des magnetischen Flusses. Für eine möglichst gute Auslegung des elektromagnetischen Kreises müssen das magnetische Verhalten des Materials sowie die in den einzelnen Betriebspunkten entstehenden spezifischen Eisenverluste so gut wie möglich anhand mathematischer Modelle bereits im Post-Prozess einer numerischen Simulation approximiert werden.
In dieser Arbeit werden ausgehend von einem bestehenden Modell zur Beschreibung der spezifischen Ummagnetisierungsverluste Modifikationen dieser Formel mit dem Ziel der Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit präsentiert. Basierend auf der Verlustseparation wird die Beschreibung der quasi-statischen Hystereseverluste auf den nichtlinearen Verlauf der Magnetisierungsenergie über der magnetischen Polarisation erweitert. Anschließend wird der Term des sättigungs- und frequenzbedingten Materialverhaltens anhand der Identifikation des separierten Verlustbeitrages überarbeitet und um einen frequenzabhängigen Parameter ergänzt.
Das Resultat dieser Arbeiten ist eine erhöhte Approximationsgenauigkeit der gemessenen Verluste im Identifikationsbereich der Parameter. Für die Vorhersage der spezifischen Eisenverluste für Frequenzen außerhalb des Identifikationsbereichs stellt sich ebenfalls eine erhöhte Genauigkeit verglichen mit demStand-der-Technik-Modell ein.
Anhand numerischer Simulationen einzelner Messungen ist die Anwendung des präsentierten Verlustmodells im Post-Prozess durchgeführt und verifiziert. Zudem sind verschiedene weichmagnetische Materialien hinsichtlich ihrer magnetischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften messtechnisch charakterisiert.
Aktualisiert: 2021-12-20
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