Spätestens nach der Einführung der Ökodesign-Richtlinie 2005/32/EG und deren Erneuerung durch die Richtlinie 2009/125/EG wurden neue Anforderungen an elektrische Maschinen, die innerhalb der Europäischen Union zum Einsatz kommen, gestellt.
Aufgrund von Stromwärmeverlusten im Läufer wird vor allem der weit verbreitete Käfigläufermotor in den unteren Leistungsklassen (bis ca. 3kW) große Schwierigkeiten haben, das IE4-Niveau zu erlangen. Demnach muss der Markt der Europäischen Union sich in Zukunft im Bezug auf netzstartfähige Motoren der unteren Leistungsklasse umorientieren und auf alternative Motorkonzepte setzen, die ein höheres Wirkungsgrad-Potential besitzen.
Eine mögliche alternative Motortechnologie ist der PM Line-Start Motor mit im Läufer integrierten Permanentmagneten. Prinzipiell ist dieser ein Hybridmotor, denn der Läufer besteht aus dem Anlaufkäfig eines Käfigläufermotors und den Permanentmagneten („PM“) einer PM-Synchronmaschine. Somit besitzt dieser die Möglichkeit, am starren Drehstromnetz hochzulaufen („Line-Start“) und nach dem Erreichen der synchronen Drehzahl mit Hilfe der Permanentmagnete für einen stationären Betriebspunkt einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen.
Entscheidend für die mögliche Anwendung eines PM Line-Start Motors für einen bestimmten Prozess ist das Hochlaufen und Halten der synchronen Drehzahl. Wenn dieses „Intrittfallen“ erfolgreich vonstatten geht, kann ein stationärer Arbeitspunkt gefahren werden.Somit wird es für den Anwender notwendig, die Intrittfallgrenze eines PM Line-Start Motors genau zu kennen, mit der die Projektierung für einen Prozess ablaufen kann.
Diese Arbeit behandelt die Berechnung und Simulation für das stationäre und transiente Betriebsverhalten von PM Line-Start Motoren.
Aktualisiert: 2020-08-27
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Aktualisiert: 2023-03-14
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Was passiert, wenn permanentmagneterregte Elektromotoren bei gleicher Leistung immer kleiner und leichter werden? Wie verändert sich das elektromagnetische Verhalten? Was folgt daraus für die optimale Regelung der Motoren? Die vorliegende Arbeit beantwortet diese Fragen und behandelt die Modellbildung, Parameteridentifikation und Regelung wechselrichtergespeister, magnetisch anisotroper, hoch ausgenutzter, permanentmagneterregter Synchronmotoren. What happens when permanent-magnet electric motors with identical power become smaller and lighter? How changes the electromagnetic behavior? What consequences arise with respect to optimal motor control? This study answers these questions and discusses modeling, parameter identification, and control over inverter-fed, magnetically anisotropic, highly utilized, permanent-magnet synchronous motors.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Permanentmagneterregte Line-Start (PM LS) Motoren stellen für Anwendungen, in denen S1-Betrieb direkt am Drehstromnetz gepaart mit einer hohen Leistungsdichte in begrenztem Bauraum gefordert ist, eine höchst energieeffiziente Alternative zu klassischen Asynchronmaschinen dar. PM LS Motoren mit im Läuferblech eingebetteten Permanentmagneten (IPM LS) zeichnen sich dabei im Vergleich zu Motoren mit am Luftspalt angeordneten Magneten durch einen geringeren Fertigungsaufwand aus und zeigen sich unempfindlicher gegenüber Entmagnetisierung in transienten Betriebssituationen.
In der vorliegenden Arbeit wird ein auf einem magnetischen Ersatznetzwerk basierendes analytisches Modell zur Beschreibung des stationären synchronen Betriebsverhaltens von IPM LS Motoren entwickelt. Die Ergebnisse der analytischen Berechnungen werden durch numerische Simulationen bestätigt. Das transiente Betriebsverhalten wird ebenfalls mittels numerischer Simulation abgebildet und durch ein analytisches Modell approximiert, welches eine Beurteilung des Hochlauf- und Intrittfallverhaltens bei im Vergleich zur Numerik deutlich geringerem Zeitaufwand ermöglicht.
Um die Ergebnisse der theoretischen Betrachtungen durch praktische Überprüfungen zu verifizieren, werden die erstellten Motormodelle zur Auslegung eines optimierten Prototypen herangezogen, der sich durch einen angemessenen Kompromiss aus hoher Energieeffizienz und robustem Intrittfallverhalten auszeichnet. Die Arbeit schließt mit dem Vergleich der am Motorprüfstand ermittelten Messergebnisse mit den Ergebnissen der analytischen Berechnungen und numerischen Simulation sowie einem kurzen Konzeptvergleich zwischen ursprünglich eingesetztem Asynchronmotor und entwickeltem Prototypen in IPM LS Technik, der das Energieeffiziensniveau IE4 erreicht.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Magnetic-Particle-Imaging (MPI) ist ein neues bildgebendes Verfahren, das es ermöglicht, die Verteilung superparamagnetischer Nanopartikel in hoher zeitlicher und örtlicher Auflösung zu bestimmen. Das Auflösungsvermögen des Systems hängt dabei direkt von dem für die Ortskodierung genutzten Selektionsfeld ab. Kürzlich wurde ein MPI-Scanner vorgestellt, der dieses Selektionsfeld mit Permanentmagneten generiert. Ausgehend von dieser Anordnung werden in diesem Werk die Geometrie- und Magnetisierungsparameter der Permanentmagneten optimiert. Durch die erreichte Erhöhung der Gradientenstärke um 39 %, kann die Auflösung von Magnetic-Particle-Imaging deutlich gesteigert werden, ohne das Messsystem zu vergrößern. Alternativ ist es möglich, das Permanentmagnetvolumen um 44 % zu minimieren, ohne dabei den Ausgangsgradienten zu ändern.
Aktualisiert: 2023-03-21
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Elektromagnetische Aktoren nutzen die magnetische Wechselwirkung zwischen Magneten und Erregerspulen. Permanentmagnete dienen dabei in einer Vielzahl von Anwendungsfällen der Generierung eines statischen Magnetfeldes. Die Prozesse der Dünnfilmtechnik erlauben die Fertigung integrierter elektromagnetischer Mikroaktoren. Für die Realisierung von effektiven magnetischen Mikroaktoren haben Permanentmagnete einen entscheidenden Einfluss, die Integration dieser Permanentmagnete stellt jedoch eine große Herausforderung dar. Diese Arbeit stellt die Entwicklung eines Dünnfilm-Permanentmagneten aus Samarium-Kobalt zur Anwendung in magnetischen Mikroaktoren vor. Herausforderungen sind die Entwicklung eines Kathodenzerstäubungs-prozesses, der die schnelle Abscheidung von bis zu 30 µm dicken Schichten von Samarium-Kobalt gestattet, die Schaffung eines Temper-Verfahrens, welches das amorph abgeschiedene Material in eine für die Anwendung notwendige kristalline Struktur umwandelt, und die Lösung der sich insbesondere aus den Temperverfahren ergebenen Prozesskompatibilitäts- und Systemintegrationsfragen.
Aktualisiert: 2019-10-17
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