Bei dem in dieser Arbeit untersuchtem Reluktanzsynchronmotor im Flusssperrendesign wird die Drehmomentausbeute und damit der Wirkungsgrad durch ein gezieltes Läuferdesign beeinflusst. Dabei sind die Lage, Form und das Verhältnis von flussführenden Abschnitten und der Luft frei wählbar. Neben der umfangreichen Geometrievariation mithilfe der Finiten-Elemente-Methode (FEM) wird bei der Auslegung auf die optimale Id-, Iq-Einprägung und auf die Drehmomentwelligkeit eingelangt und es werden Ansätze berücksichtigt, diese zu minimieren. Zusätzlich wird eine analytische Simulation mithilfe des elektromagnetischen Grundwellenmodells, des magnetischen Kreises und des Maschenstromverfahrens durchgeführt. Die Lösung der nichtlinearen Maschengleichungen erfolgt mithilfe des mehrdimensionalen Newton-Raphson-Verfahrens. Aus den Erkenntnissen der FEM- und analytischen Simulation werden Funktionsmuster aufgebaut, die die Simulationsergebnisse validieren.
Neben den drehzahlveränderlichen Reluktanzsynchronmotoren, die am Frequenzumrichter betrieben werden, wird zusätzlich ein Direct-On-Line-Reluktanzsynchronmotor, der Netzanlauffähig ist, entworfen und praktisch erprobt.
Aktualisiert: 2020-11-12
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Ein Großteil der elektrischen Energie wird zum Betrieb von Pumpen benötigt. Bei drehzahlkonstanten Pumpen werden als Antrieb oft Käfigläufer-Asynchronmotoren (ASM) eingesetzt, die direkt an das Drehstromnetz angeschlossen sind. ASM sind günstig und robust, ihre Effizienz wird jedoch durch die prinzipbedingten Rotorverluste begrenzt. Um höchsten Effizienzanforderungen zu genügen, bieten daher verschiedene Hersteller permanentmagneterregte Line-Start (PMLS) Motoren an, die den Vorteil der Netzanlauffähigkeit mit einem hohen Wirkungsgrad verbinden. Die hierbei verwendeten Seltenen-Erd-Magnetmaterialien verursachen jedoch hohe Anschaffungskosten.
Als Alternative werden in dieser Arbeit PMLS-Motoren in Ferrittechnik vorgestellt. Ferritmagnete zeichnen sich durch ihre geringen Anschaffungskosten und eine gute Verfügbarkeit ihrer Bestandteile aus, sind jedoch im Hinblick auf ihre magnetischen Eigenschaften Seltenen-Erd-Magneten unterlegen. Diese Nachteile müssen über einen geschickten Motoraufbau kompensiert werden.
Zur Entwicklung geeigneter Motoren werden zunächst analytische Modelle für das stationäre und das transiente Betriebsverhalten physikalisch hergeleitet und ihre mathematische Behandlung erläutert. Im stationären Modell wird die Eisensättigung über einen nichtlinearen magnetischen Kreis und die Motorerwärmung über ein thermisches, drehzahlabhängiges Netzwerk berücksichtigt. Die Güte der Modelle wird durch entsprechende FEM-Simulationen überprüft. Mit diesen Modellen werden zwei Funktionsmuster ausgelegt, wobei der Schutz der Ferritmagnete vor Entmagnetisierung beim Hochlauf im Fokus steht. Die so ausgelegten Motoren werden messtechnisch untersucht und die Mess- mit den Simulationsergebnissen abgeglichen. Ein abschließender Konzeptvergleich rundet die Arbeit ab.
Aktualisiert: 2020-07-01
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