Bei der Auslegung von permanenterregten Synchronmaschinen für Hybrid- und Elektrofahrzeuge stehen dem Entwickler einerseits zahlreiche Parameter zur Verfügung, andererseits sind jedoch viele Randbedingungen einzuhalten. Außerdem muss die Maschine häufig nicht nur auf eine, sondern auf mehrere, meist gegenläufige Zielgrößen hin optimiert werden. Um die Anzahl an numerischen Feldberechnungen und somit die Gesamtrechenzeit gering zu halten, wird ein neuartiges Optimierungsverfahren entwickelt. Dieses ist zur Lösung von Aufgaben mit mehreren Zielgrößen geeignet und zeichnet sich durch eine gute Konvergenz aus.
Das neue Verfahren wird zur Optimierung zwölf unterschiedlicher Maschinenvarianten eingesetzt. Von dem am besten geeigneten Maschinendesign wird ein Prototyp aufgebaut, am Prüfstand vermessen und ein Vergleich mit den Berechnungsergebnissen durchgeführt.
Aktualisiert: 2023-06-22
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Bei der Auslegung von permanenterregten Synchronmaschinen für Hybrid- und Elektrofahrzeuge stehen dem Entwickler einerseits zahlreiche Parameter zur Verfügung, andererseits sind jedoch viele Randbedingungen einzuhalten. Außerdem muss die Maschine häufig nicht nur auf eine, sondern auf mehrere, meist gegenläufige Zielgrößen hin optimiert werden. Um die Anzahl an numerischen Feldberechnungen und somit die Gesamtrechenzeit gering zu halten, wird ein neuartiges Optimierungsverfahren entwickelt. Dieses ist zur Lösung von Aufgaben mit mehreren Zielgrößen geeignet und zeichnet sich durch eine gute Konvergenz aus.
Das neue Verfahren wird zur Optimierung zwölf unterschiedlicher Maschinenvarianten eingesetzt. Von dem am besten geeigneten Maschinendesign wird ein Prototyp aufgebaut, am Prüfstand vermessen und ein Vergleich mit den Berechnungsergebnissen durchgeführt.
Aktualisiert: 2023-06-22
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Bei der Auslegung von permanenterregten Synchronmaschinen für Hybrid- und Elektrofahrzeuge stehen dem Entwickler einerseits zahlreiche Parameter zur Verfügung, andererseits sind jedoch viele Randbedingungen einzuhalten. Außerdem muss die Maschine häufig nicht nur auf eine, sondern auf mehrere, meist gegenläufige Zielgrößen hin optimiert werden. Um die Anzahl an numerischen Feldberechnungen und somit die Gesamtrechenzeit gering zu halten, wird ein neuartiges Optimierungsverfahren entwickelt. Dieses ist zur Lösung von Aufgaben mit mehreren Zielgrößen geeignet und zeichnet sich durch eine gute Konvergenz aus.
Das neue Verfahren wird zur Optimierung zwölf unterschiedlicher Maschinenvarianten eingesetzt. Von dem am besten geeigneten Maschinendesign wird ein Prototyp aufgebaut, am Prüfstand vermessen und ein Vergleich mit den Berechnungsergebnissen durchgeführt.
Aktualisiert: 2023-06-22
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Bei der Auslegung von permanenterregten Synchronmaschinen für Hybrid- und Elektrofahrzeuge stehen dem Entwickler einerseits zahlreiche Parameter zur Verfügung, andererseits sind jedoch viele Randbedingungen einzuhalten. Außerdem muss die Maschine häufig nicht nur auf eine, sondern auf mehrere, meist gegenläufige Zielgrößen hin optimiert werden. Um die Anzahl an numerischen Feldberechnungen und somit die Gesamtrechenzeit gering zu halten, wird ein neuartiges Optimierungsverfahren entwickelt. Dieses ist zur Lösung von Aufgaben mit mehreren Zielgrößen geeignet und zeichnet sich durch eine gute Konvergenz aus.
Das neue Verfahren wird zur Optimierung zwölf unterschiedlicher Maschinenvarianten eingesetzt. Von dem am besten geeigneten Maschinendesign wird ein Prototyp aufgebaut, am Prüfstand vermessen und ein Vergleich mit den Berechnungsergebnissen durchgeführt.
Aktualisiert: 2023-06-15
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Die drehgeberlose Regelung von Drehfeldmaschinen bildet seit mehreren Jahren einen der Hauptforschungsschwerpunkte im Bereich der Antriebstechnik. Hierbei liegt der Fokus überwiegend auf Regelverfahren für Synchronmaschinen im Drehzahlbereich um den Stillstand. Für die sensorlose Schätzung der Rotorposition werden unter anderem Verfahren eingesetzt, die ein hochfrequentes Spannungssignal in die Maschine injizieren. Die hochfrequente Stromantwort wird von der Maschine in Abhängigkeit der Rotorposition moduliert und für die Positionsbestimmung herangezogen.
Diese Injektionsverfahren basieren auf anisotropen Eekten der Maschine, die zum Beispiel durch lokale Sättigungseekte oder unsymmetrische Rotorformen hervorgerufen werden und zu unterschiedliche Induktivitäten in d- und q-Richtung führen. Bei permanenterregten Synchronmaschinen ist diese Anisotropie mit der Rotorlage korreliert und kann zur geberlosen Rotorpositionsbestimmung genutzt werden.
Den Schwerpunkt der Arbeit bilden die anisotropen Eigenschaften von Synchronmaschinen in Verbindung mit einem geberlosen Injektionsverfahren. Hierbei wird die Anisotropie, d. h. die Dierenz zwischen den Induktivtäten in d- und in q-Richtung, stark vom Arbeitspunkt des Antriebes beeinusst. Neben einer zunehmenden Fehlorientierung führt die Belastungsabhängigkeit zu einem Vorzeichenwechsel in der Anisotropie und somit zu schwerwiegenden Funktionsstörungen. Diese werden durch die Kompensation der Fehlorientierung eines drehgeberlos geregelten Antriebes vermieden.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Antriebssträngen aktueller Fahrzeuggenerationen entsteht Forschungs- und Entwicklungsbedarf zur weiteren Optimierung der Antriebe. Zu den meist verbauten Antrieben zählen dabei die permanenterregten Synchronmaschinen, deren Optimierung Forschungsschwerpunkt zahlreicher aktueller Arbeiten ist. Die innerhalb der Maschinenentwicklung notwendigen umfassenden Bewertungsprozesse werden aber oft nur nachrangig betrachtet. Schwerpunkt dieser Arbeit ist die elektromagnetische Bewertung von permanenterregten Synchronmaschinen, integriert in den Maschinenentwicklungsprozess. Ziel ist es, bereits im frühen Entwicklungsstadium eine umfassende, recheneffiziente und genaue Maschinenbewertung vornehmen zu können. Schnittstellen zu aufbauenden thermischen
und strukturdynamischen Bewertungsprozessen sind implementiert, sodass sich im Bewertungsprozess eine konsistente Datenbasis ergibt. Ergebnisse bleiben rückverfolgbar.
Aktualisiert: 2023-05-04
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Nasslaufende, permanenterregte Synchronmaschinen eignen sich aufgrund ihrer Eigenschaften für den Einsatz im Fahrzeug. Um das thermische Verhalten frühzeitig im Entwicklungsprozess abbilden zu können, ist ein geeigneter Modellierungsansatz notwendig. Seine Analyse der Schlüsselfaktoren in Bezug auf die Wärmequellen/-senken und den Wärmetransport führt den Autor zu den Haupteinflussparametern der Kühlungssimulation. Durch die Wahl geeigneter Modellierungssätze zur Berücksichtigung der relevanten Einflussparameter kann Christopher Beck die Bauteiltemperaturen der nasslaufenden Synchronmaschine in Dauerbetriebspunkten bei adäquater Rechenzeit ermitteln.
Aktualisiert: 2023-04-01
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Nasslaufende, permanenterregte Synchronmaschinen eignen sich aufgrund ihrer Eigenschaften für den Einsatz im Fahrzeug. Um das thermische Verhalten frühzeitig im Entwicklungsprozess abbilden zu können, ist ein geeigneter Modellierungsansatz notwendig. Seine Analyse der Schlüsselfaktoren in Bezug auf die Wärmequellen/-senken und den Wärmetransport führt den Autor zu den Haupteinflussparametern der Kühlungssimulation. Durch die Wahl geeigneter Modellierungssätze zur Berücksichtigung der relevanten Einflussparameter kann Christopher Beck die Bauteiltemperaturen der nasslaufenden Synchronmaschine in Dauerbetriebspunkten bei adäquater Rechenzeit ermitteln.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Die feldorientierte Regelung der permanenterregten Synchronmaschine setzt die Kenntnis der aktuellen Rotorposition voraus, weshalb moderne Antriebssysteme üblicherweise mit einem Rotorlagegeber ausgestattet sind. Aus unterschiedlichen Beweggründen kommt jedoch zunehmend der Wunsch auf, die Maschine selbst als Sensor verwenden und so auf einen separaten Lagegeber verzichten zu können.
Hierzu wird im unteren Drehzahlbereich und im Stillstand den elektrischen Größen im Arbeitspunkt ein im Vergleich zur Grundfrequenz hochfrequentes (HF) Testsignal überlagert und die gemessene Strom- bzw. Spannungsantwort zur Rotorlageschätzung herangezogen. Die zentrale Herausforderung stellen dabei das Verschwinden der Anisotropie unter Last und der Einfluss der Kreuzsättigung dar, welche den für die Lageschätzung geeigneten Betriebsbereich einschränken und die erreichbare Genauigkeit begrenzen.
Zur gezielten Beeinflussung des HF-Verhaltens wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit daher das Konzept einer kurzgeschlossenen Rotorwicklung grundlegend untersucht.
Auf Basis von Messungen an einem 2-phasigen Testaufbau werden die theoretisch hergeleiteten Erkenntnisse bewertet und ein geeignetes Simulationsmodell entwickelt.
Mit dessen Hilfe wird unter anderem eine Rotorwicklung für einen Rotor mit vergrabenen Magneten optimiert. Die Messungen am Prototypen bestätigen das Potential des Konzepts.
Im letzten Abschnitt wird gezeigt, dass sich die Genaugkeit der Lageschätzung durch eine gleichzeitige Auswertung der resistiven und induktiven Anteile der HF-Impedanz weiter steigern lässt.
Aktualisiert: 2020-12-26
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Die Elektromobilität bietet eine Reihe neuer Möglichkeiten für verschiedene Antriebskonfigurationen in Fahrzeugen. Insbesondere Radnabenantriebe zeigen sich hinsichtlich Fahrdynamik und Bauraumausnutzung als vorteilhaft gegenüber konventionellen Elektrofahrzeugen mit Zentralantrieb. Die Substitution der mechanischen Bremse auf der Hinterachse ist in dieser Entwicklung ein weiterer Schritt, der sich zu durchdenken lohnt, da Kosten, Verschleiß und wiederum Bauraum eingespart werden können. Erhöhte Ansprüche an die Systemverfügbarkeit im Fehlerfall sowie die Ausschöpfung des maximalen Rekuperationspotentials führen auf mehrsträngige Antriebstopologien, fehlertolerante Umrichter sowie softwarebasierte Methoden zur Fehlererkennung und -behandlung. Letztere sind das Thema der hier vorliegenden Dissertation.
Aktualisiert: 2020-05-11
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Die Elektromobilität bietet eine Reihe neuer Möglichkeiten für verschiedene Antriebskonfigurationen in Fahrzeugen. Insbesondere Radnabenantriebe zeigen sich hinsichtlich Fahrdynamik und Bauraumausnutzung als vorteilhaft gegenüber konventionellen Elektrofahrzeugen mit Zentralantrieb. Die Substitution der mechanischen Bremse auf der Hinterachse ist in dieser Entwicklung ein weiterer Schritt, der sich zu durchdenken lohnt, da Kosten, Verschleiß und wiederum Bauraum eingespart werden können. Erhöhte Ansprüche an die Systemverfügbarkeit im Fehlerfall sowie die Ausschöpfung des maximalen Rekuperationspotentials führen auf mehrsträngige Antriebstopologien, fehlertolerante Umrichter sowie softwarebasierte Methoden zur Fehlererkennung und -behandlung. Letztere sind das Thema der hier vorliegenden Dissertation.
Aktualisiert: 2020-09-17
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In dieser Arbeit werden verschiedene Verfahren zur geberfreien Regelung von permanenterregten Synchronmaschinen, welche für die Traktion in elektrifizierten Fahrzeugen verwendet werden, untersucht. Eine Marktübersicht zeigt, dass die permanenterregte Synchronmaschine zur Zeit der von den Fahrzeugherstellern favorisierte Maschinentyp ist. Eine Analyse der Kenndaten zeigt, dass die Maschinen üblicherweise im Hinblick auf einen möglichst großen Drehzahlbereich konstanter Leistung ausgelegt werden. Dies wird durch einen optimierten Rotoraufbau erreicht, so dass neben dem magnetischen Drehmoment auch das Reluktanzmoment genutzt wird. Für einen optimalen Betrieb muss dies in der Regelung berücksichtigt werden. Diese Arbeit stellt neben der bekannten "feldorientierten Regelung" auch das Verfahren gemäß "Direct-Torque-Control" als Ausführungsformen einer unterlagerten Drehmomentregelung vor.
Vier gängige Verfahren (INFORM, HF-Signalinjektion, Beobachtung der induzierten Spannungen und der Flussschätzer) werden an einer exemplarischen PMSM implementiert und hinsichtlich ihrer Eignung in elektrifizierten Fahrzeugen untersucht. Dazu werden Kriterien eingeführt und die Verfahren auf Basis ihrer Genauigkeit, Energieeffizienz und leichter Integrierbarkeit bewertet und verglichen.
Des weiteren wird in dieser Arbeit ein neuartiges Verfahren für den Stillstand vorgestellt, welches ohne die Aufschaltung eines Zusatzsignales und damit ohne zusätzliche Verluste arbeitet.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Die drehgeberlose Regelung von Drehfeldmaschinen bildet seit mehreren Jahren einen der Hauptforschungsschwerpunkte im Bereich der Antriebstechnik. Hierbei liegt der Fokus überwiegend auf Regelverfahren für Synchronmaschinen im Drehzahlbereich um den Stillstand. Für die sensorlose Schätzung der Rotorposition werden unter anderem Verfahren eingesetzt, die ein hochfrequentes Spannungssignal in die Maschine injizieren. Die hochfrequente Stromantwort wird von der Maschine in Abhängigkeit der Rotorposition moduliert und für die Positionsbestimmung herangezogen.
Diese Injektionsverfahren basieren auf anisotropen Eekten der Maschine, die zum Beispiel durch lokale Sättigungseekte oder unsymmetrische Rotorformen hervorgerufen werden und zu unterschiedliche Induktivitäten in d- und q-Richtung führen. Bei permanenterregten Synchronmaschinen ist diese Anisotropie mit der Rotorlage korreliert und kann zur geberlosen Rotorpositionsbestimmung genutzt werden.
Den Schwerpunkt der Arbeit bilden die anisotropen Eigenschaften von Synchronmaschinen in Verbindung mit einem geberlosen Injektionsverfahren. Hierbei wird die Anisotropie, d. h. die Dierenz zwischen den Induktivtäten in d- und in q-Richtung, stark vom Arbeitspunkt des Antriebes beeinusst. Neben einer zunehmenden Fehlorientierung führt die Belastungsabhängigkeit zu einem Vorzeichenwechsel in der Anisotropie und somit zu schwerwiegenden Funktionsstörungen. Diese werden durch die Kompensation der Fehlorientierung eines drehgeberlos geregelten Antriebes vermieden.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Bei der Auslegung von permanenterregten Synchronmaschinen für Hybrid- und Elektrofahrzeuge stehen dem Entwickler einerseits zahlreiche Parameter zur Verfügung, andererseits sind jedoch viele Randbedingungen einzuhalten. Außerdem muss die Maschine häufig nicht nur auf eine, sondern auf mehrere, meist gegenläufige Zielgrößen hin optimiert werden. Um die Anzahl an numerischen Feldberechnungen und somit die Gesamtrechenzeit gering zu halten, wird ein neuartiges Optimierungsverfahren entwickelt. Dieses ist zur Lösung von Aufgaben mit mehreren Zielgrößen geeignet und zeichnet sich durch eine gute Konvergenz aus.
Das neue Verfahren wird zur Optimierung zwölf unterschiedlicher Maschinenvarianten eingesetzt. Von dem am besten geeigneten Maschinendesign wird ein Prototyp aufgebaut, am Prüfstand vermessen und ein Vergleich mit den Berechnungsergebnissen durchgeführt.
Aktualisiert: 2019-06-18
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Ein Baukasten für die Elektromobilität
In diesem umfangreichen Werk sind die Ergebnisse der Entwicklungstätigkeiten des Forschungsprojekts e performance zusammengefasst. Im Forschungsprojekt e performance haben Experten aus Wissenschaft und Industrie unter Koordination der AUDI AG einen universellen, modularen Systembaukasten für elektrifizierte Fahrzeuge entwickelt, mit dem es möglich ist, verschiedene Fahrzeugplattformen und Antriebsarten zu realisieren. Im Projekt wurde ein breites Spektrum an Technologien aus den Bereichen Antrieb, Energiespeicher, Thermomanagement, Vernetzungsarchitektur und HMI betrachtet, darunter leistungsoptimierte Synchron-
und Asynchronmotoren sowie ein innovatives, crashtaugliches Batteriesystem. Zur Demonstration der Technologien des Systembaukastens wurde im Projekt ein Technikträger auf Basis des AUDI R8 aufgebaut, der von drei E-Maschinen mit insgesamt 150 kW Leistung und 510 Nm Drehmoment angetrieben wird. Die innovative Fahrzeugbedienung über ein i-Pad in Kombination mit dem frei programmierbaren Kombiinstrument zeigt einen neuen Weg beim Thema HMI auf. Das über W-LAN gekoppelte i-Pad ersetzt die Bedienelemente in der Mittelkonsole und ermöglicht die Einstellung verschiedener Fahrmodi sowie die Bedienung der Klimaanlage, des Audiosystems, der Navigation und personalisierter Inhalte. Dieses Projekt lieferte außerordentlich wertvolle Erkenntnisse und Ergebnisse zu einem völlig neuen Systemansatz, die auch unmittelbar bei teilelektrischen Antrieben Einsatz finden werden.
Aktualisiert: 2021-04-16
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