Aktualisiert: 2023-07-02
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Verlustanalyse bei elektrischen Maschinen für Elektro- und Hybridfahrzeuge zur Weiterverarbeitung in thermischen Netzwerkmodellen
Schlüsselwort: Permanentmagneterregte Synchronmaschine
Elektromagnetische Gestaltung permanentmagneterregter Synchronmaschinen für den geberlos geregelten Betrieb im gesamten Drehzahlbereich
In vielen Bereichen der Industrie werden permanentmagneterregte Synchronmaschinen (PMSM) als kompakte elektrische Servoantriebe mit einer hohen Drehmomentdichte eingesetzt. Mechanische Rotorlagegeber für die Antriebsregelung stellen jedoch eine potentielle Fehlerquelle dar. Ein Defekt der Elektronik führt zu einem Ausfall des gesamten Antriebs.
Geberlose Regelungsverfahren ermöglichen den Betrieb von PMSM ohne mechanischen Rotorlagegeber. Neben der erhöhten Ausfallsicherheit stellen die Reduktion des Bauvolumens und der Kosten weitere Vorteile dar.
In dieser Arbeit werden die Wechselwirkungen zwischen Maschineneigenschaften und geberloser Regelung näher untersucht. Der Fokus liegt dabei auf der elektromagnetischen Gestaltung der PMSM. Es wird ein zeiteffizienter Lösungsansatz zur Vorausberechnung der Maschinencharakteristik erarbeitet, der numerische Verfahren auf Basis der Finite-Elemente-Methode mit analytischen Berechnungen kombiniert.
Aktualisiert: 2022-02-10
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Elektromagnetische Gestaltung permanentmagneterregter Synchronmaschinen für den geberlos geregelten Betrieb im gesamten Drehzahlbereich
In vielen Bereichen der Industrie werden permanentmagneterregte Synchronmaschinen (PMSM) als kompakte elektrische Servoantriebe mit einer hohen Drehmomentdichte eingesetzt. Mechanische Rotorlagegeber für die Antriebsregelung stellen jedoch eine potentielle Fehlerquelle dar. Ein Defekt der Elektronik führt zu einem Ausfall des gesamten Antriebs.
Geberlose Regelungsverfahren ermöglichen den Betrieb von PMSM ohne mechanischen Rotorlagegeber. Neben der erhöhten Ausfallsicherheit stellen die Reduktion des Bauvolumens und der Kosten weitere Vorteile dar.
In dieser Arbeit werden die Wechselwirkungen zwischen Maschineneigenschaften und geberloser Regelung näher untersucht. Der Fokus liegt dabei auf der elektromagnetischen Gestaltung der PMSM. Es wird ein zeiteffizienter Lösungsansatz zur Vorausberechnung der Maschinencharakteristik erarbeitet, der numerische Verfahren auf Basis der Finite-Elemente-Methode mit analytischen Berechnungen kombiniert.
Aktualisiert: 2022-02-10
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Aktive Geräuschunterdrückung in einer permanentmagneterregten Synchronmaschine mit Hilfe von Stromoberschwingungen
Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Verbesserung der Geräuschemissionen, die elektrische automobile Hauptantriebe verursachen. In elektrischen Antrieben erzeugen Magnetfelder pulsierende Kräfte, die Vibrationen anregen. Eigenresonanzen der Struktur verstärken diese Vibrationen zusätzlich. Zwei dominante Eigenschwingungsformen (Moden) werden im Detail betrachtet, sowohl die radiale Mode-0 (Atemmode) als auch die tangentiale Mode-0.
Es wird eine Methodik entwickelt, die den Einfluss von Oberschwingungsströmen auf die beiden Moden beschreibt. Aufbauend hierauf werden Kompensationsströme semianalytisch, numerisch und basierend auf Messergebnissen berechnet. Gemessene Beschleunigungen der Moden bilden die Basis für die Validierung der Methodik.
Zentrales Ergebnis der Arbeit ist, dass die radiale und tangentiale Mode-0 unabhängig voneinander beeinflusst werden können. Bei den Resonanzen führt die Reduktion der Vibrationen auch zu einer Reduzierung der abgestrahlten Geräusche.
Aktualisiert: 2021-12-22
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Aktive Geräuschunterdrückung in einer permanentmagneterregten Synchronmaschine mit Hilfe von Stromoberschwingungen
Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Verbesserung der Geräuschemissionen, die elektrische automobile Hauptantriebe verursachen. In elektrischen Antrieben erzeugen Magnetfelder pulsierende Kräfte, die Vibrationen anregen. Eigenresonanzen der Struktur verstärken diese Vibrationen zusätzlich. Zwei dominante Eigenschwingungsformen (Moden) werden im Detail betrachtet, sowohl die radiale Mode-0 (Atemmode) als auch die tangentiale Mode-0.
Es wird eine Methodik entwickelt, die den Einfluss von Oberschwingungsströmen auf die beiden Moden beschreibt. Aufbauend hierauf werden Kompensationsströme semianalytisch, numerisch und basierend auf Messergebnissen berechnet. Gemessene Beschleunigungen der Moden bilden die Basis für die Validierung der Methodik.
Zentrales Ergebnis der Arbeit ist, dass die radiale und tangentiale Mode-0 unabhängig voneinander beeinflusst werden können. Bei den Resonanzen führt die Reduktion der Vibrationen auch zu einer Reduzierung der abgestrahlten Geräusche.
Aktualisiert: 2022-01-06
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Gestaltung von Rotoren permanentmagneterregter Synchronmaschinen für die Metalladditive Fertigung
Die 3D-Gestaltungsfreiheit der Additiven Fertigung kann auch im Elektromaschinenbau vorteilhaft zur Funktionsintegration oder zur Erhöhung des Leichtbaugrads genutzt werden. Dies wird in der vorliegenden Dissertation am Beispiel von Rotoren permanentmagneterregter Synchronmaschinen erforscht. Da im Fall massiver Rotoren insbesondere im Bereich der Rotoroberfläche Wirbelstromverluste zu erwarten sind, wird zunächst der Ansatz diskutiert, ebendiese Wirbelstromeffekte durch gezieltes Schraffieren der Rotoroberfläche zu unterdrücken. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Gestaltung des Rotors für die Additive Fertigung, wobei insbesondere der weichmagnetische Rotorteil so gestaltet wird, dass eine Schrägungswirkung erzielt wird und gleichzeitig die Magnettaschen axial gerade verbleiben. Die Auswirkung dieser Art der Schrägung wird dabei ausführlich diskutiert und die Erkenntnisse messtechnisch validiert, um daraus letztlich Handlungsempfehlungen zur vorteilhaften Gestaltung von additiv gefertigten Rotoren abzuleiten.
Aktualisiert: 2021-10-20
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Gestaltung von Rotoren permanentmagneterregter Synchronmaschinen für die Metalladditive Fertigung
Die 3D-Gestaltungsfreiheit der Additiven Fertigung kann auch im Elektromaschinenbau vorteilhaft zur Funktionsintegration oder zur Erhöhung des Leichtbaugrads genutzt werden. Dies wird in der vorliegenden Dissertation am Beispiel von Rotoren permanentmagneterregter Synchronmaschinen erforscht. Da im Fall massiver Rotoren insbesondere im Bereich der Rotoroberfläche Wirbelstromverluste zu erwarten sind, wird zunächst der Ansatz diskutiert, ebendiese Wirbelstromeffekte durch gezieltes Schraffieren der Rotoroberfläche zu unterdrücken. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Gestaltung des Rotors für die Additive Fertigung, wobei insbesondere der weichmagnetische Rotorteil so gestaltet wird, dass eine Schrägungswirkung erzielt wird und gleichzeitig die Magnettaschen axial gerade verbleiben. Die Auswirkung dieser Art der Schrägung wird dabei ausführlich diskutiert und die Erkenntnisse messtechnisch validiert, um daraus letztlich Handlungsempfehlungen zur vorteilhaften Gestaltung von additiv gefertigten Rotoren abzuleiten.
Aktualisiert: 2021-10-20
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Parametrisierung von thermischen Modellen für permanentmagneterregte Synchronmaschinen mittels experimenteller Identifikationsmethoden
Hauptziel der Dissertation ist es, für wechselrichtergespeiste PMSM geeignete Modellstrukturen zur Berechnung der Wicklungs- und der Permanentmagnettemperatur zu erarbeiten, sodass Optimierungsmaßnahmen für das elektrische Antriebssystem unter Einbeziehung der Wirkungen von Oberschwingungsspannungen möglich sind. Ein Bestandteil dieser Arbeit sind Untersuchungen, inwieweit die thermischen Simulationen mittels eines WQNs mit 10 Temperaturknoten auf Basis von Geometrie- und Materialdaten sowie FE-Analysen unter dem Einfluss einer Wechselrichterspeisung mit Messungen übereinstimmen und welche Maßnahmen zur Verbesserung der Modellgenauigkeit getroffen werden müssen.
Aktualisiert: 2020-09-09
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Parametrisierung von thermischen Modellen für permanentmagneterregte Synchronmaschinen mittels experimenteller Identifikationsmethoden
Hauptziel der Dissertation ist es, für wechselrichtergespeiste PMSM geeignete Modellstrukturen zur Berechnung der Wicklungs- und der Permanentmagnettemperatur zu erarbeiten, sodass Optimierungsmaßnahmen für das elektrische Antriebssystem unter Einbeziehung der Wirkungen von Oberschwingungsspannungen möglich sind. Ein Bestandteil dieser Arbeit sind Untersuchungen, inwieweit die thermischen Simulationen mittels eines WQNs mit 10 Temperaturknoten auf Basis von Geometrie- und Materialdaten sowie FE-Analysen unter dem Einfluss einer Wechselrichterspeisung mit Messungen übereinstimmen und welche Maßnahmen zur Verbesserung der Modellgenauigkeit getroffen werden müssen.
Aktualisiert: 2020-11-26
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Reduzierung der Magnetbelastung permanentmagneterregter Synchronmaschinen im dreiphasigen Stoßkurzschluss
Die vorliegende Arbeit behandelt das Thema Reduzierung der Magnetbelastung permanentmagneterregter Synchronmaschinen im dreiphasigen Stoßkurzschluss. Es wird eine neue Methode in der Theorie und durch praktische Versuche untersucht, wie bei permanentmagneterregten Synchronmaschinen (PMSM) mit Oberflächenmagneten das magnetische Feld, das im Stoßkurzschluss die Magnete belastet, reduziert werden kann. This work is about the reduction of the magnetic load of a permanent magnet synchronous machine in case of a three phase short circuit. A new method is investigated in theory and tested in reality. It is applied to a permanent magnet synchronous machine with surface mounted magnets.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Verlustanalyse bei elektrischen Maschinen für Elektro- und Hybridfahrzeuge zur Weiterverarbeitung in thermischen Netzwerkmodellen
Verlustanalyse bei elektrischen Maschinen für Elektro- und Hybridfahrzeuge zur Weiterverarbeitung in thermischen Netzwerkmodellen
Energieoptimale Regelung von permanenterregten Synchronmaschinen mit Z-Source Inverter in elektrischen Fahrantrieben
In den letzten Jahrzehnten kehrte in Straßenfahrzeugen eine stetig steigende Elektrifizierung des Antriebstranges ein. Dabei wird die Hauptantriebsleistung immer mehr durch Elektroantriebe erbracht. Die für die Traktion erforderliche elektrische Energie wird bei Straßenfahrzeugen zumeist in Hochvolt-Batterien gespeichert. Sie weisen eine wesentlich geringere Leistungsdichte auf als fossile Brennstoffe. Darum ergibt sich für Straßenfahrzeuge die Notwendigkeit eines energieeffizienten Antriebsstranges, da bei der Wandlung der elektrischen Energie in mechanische Energie möglichst geringe Verluste anfallen sollen. Somit wird die erzielbare Reichweite des Fahrzeugs maximiert.
Eine Verbesserung der Effizienz von elektrischen Fahrzeugantrieben wird durch eine günstige Wahl der Antriebstopologie, eine energieoptimierte Steuerung der leistungselektronischen Baugruppe und einer energieoptimierten Regelung des Fahrmotors erzielt. In der vorliegenden Arbeit werden die drei Ansatzpunkte für einen Antrieb mit einer permanentmagneterregten Synchronmaschine mit einem ausgeprägten Reluktanzeffekt beleuchtet. Als Stellglied wird mit dem Z-Source Inverter ein hochsetzender Antriebswechselrichter gewählt. Für einen energieeffizienten Betrieb des Wechselrichters wird ein energieoptimales Pulsmuster entwickelt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Wechselrichter möglichst geringe Gesamtverluste aufweist. Die variabel einstellbare Zwischenkreisspannung des Z-Source Inverters wird in der Regelung des Fahrmotors als zusätzlicher Freiheitsgrad genutzt, um die Gesamtverluste des Antriebssystems zu minimieren. Die Ergebnisse werden mit alternativen Antriebstopologien verglichen.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Effiziente und dynamische Drehmomenteinprägung in hoch ausgenutzten Synchronmaschinen mit eingebetteten Magneten
In modernen Hybrid- und Elektrofahrzeugen kommen häufig hoch ausgenutzte permanentmagneterregte Synchronmaschinen mit stark nichtlinearen Eigenschaften zum Einsatz. In dieser Arbeit werden Regelstrukturen für einen effizienten und dynamischen Betrieb solcher Antriebe vorgestellt und experimentell validiert. Damit kann die Drehmomenteinprägung mit der höchstmöglichen Dynamik erfolgen, bei gleichzeitig bestmöglicher Ausnutzung und Effizienz des Antriebssystems im stationären Betrieb.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Bücher zum Thema Permanentmagneterregte Synchronmaschine
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