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Verbesserte Berechnung von Magnetfeldern und Ummagnetisierungsverlusten in elektrischen Maschinen

Verbesserte Berechnung von Magnetfeldern und Ummagnetisierungsverlusten in elektrischen Maschinen von Mertens,  Axel, Ponick,  Bernd, Rehfeldt,  Alexander
Eine exakte Vorausberechnung der Ummagnetisierungsverluste im Ständerblechpaket von Drehfeldmaschinen stützt sich neben einem Ummagnetisierungsverlustmodell auf die als Eingangsgröße benötigte Verteilung der Flussdichte nach Orientierung und Zeitverlauf. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit neben einem Ummagnetisierungsverlustmodell eine Methode zur zeiteffizienten Feldberechnung im Ständer vorgestellt mit dem Fokus auf einer Anwendung für elektrisch erregte Synchronmaschinen. Dabei wird hauptsächlich auf analytische Verfahren zurückgegriffen, die mit konformen Abbildungen geringe Rechenzeiten ermöglichen. Im Verlustmodell wird besonders auf den Einfluss von elliptischer Magnetisierung, anisotropen Materialeigenschaften und mechanischen Spannungen im Material auf die Verluste eingegangen. Zur vollständigen Betrachtung der Ummagnetisierungsverluste im homogenen Bereich des Ständers werden axiale Feldanteile betrachtet, die konstruktionsbedingt durch radiale Kühlkanäle entstehen und zu zusätzlichen Wirbelstromverlusten führen.
Aktualisiert: 2021-01-13
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Wicklungskopflose Turbogeneratoren mit Mehrphasentransformatoren

Wicklungskopflose Turbogeneratoren mit Mehrphasentransformatoren von Mertens,  Axel, Ponick,  Bernd, Schroeder,  Henrik
Das Ziel dieser Dissertation ist die Erforschung eines Konzepts für zweipolige Turbogeneratoren, welches den komplexen Wicklungskopf durch einen Kurzschlussring ersetzt, um dessen axiale Ausladung zu reduzieren. Dies setzt allerdings eine deutlich höhere Strangzahl der Ständerwicklung voraus. Zur Verbindung eines wicklungskopflosen Turbogenerators mit dem Energieversorgungsnetz ist deshalb ein Mehrphasentransformator erforderlich, der den konventionellen Maschinentransformator ersetzt. Der Fokus der Dissertation liegt auf der Gestaltung derartiger Turbogeneratoren und dabei insbesondere ihres Kurzschlussrings und der Untersuchung des elektrischen Betriebsverhaltens im Gesamtsystem. Dabei wird auf die Wechselwirkung des Mehrphasentransformators mit dem wicklungskopflosen Turbogenerator sowie auf den Einfluss der Mehrphasentransformatorwicklung auf das Systemverhalten eingegangen. Aus den Untersuchungen des Betriebsverhaltens eines Beispielsystems werden allgemeine Empfehlungen für die Gestaltung wicklungskopfloser Turbogeneratoren und der zugehörigen Mehrphasentransformatoren abgeleitet.
Aktualisiert: 2021-01-04
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Wicklungskopflose Turbogeneratoren mit Mehrphasentransformatoren

Wicklungskopflose Turbogeneratoren mit Mehrphasentransformatoren von Mertens,  Axel, Ponick,  Bernd, Schroeder,  Henrik
Das Ziel dieser Dissertation ist die Erforschung eines Konzepts für zweipolige Turbogeneratoren, welches den komplexen Wicklungskopf durch einen Kurzschlussring ersetzt, um dessen axiale Ausladung zu reduzieren. Dies setzt allerdings eine deutlich höhere Strangzahl der Ständerwicklung voraus. Zur Verbindung eines wicklungskopflosen Turbogenerators mit dem Energieversorgungsnetz ist deshalb ein Mehrphasentransformator erforderlich, der den konventionellen Maschinentransformator ersetzt. Der Fokus der Dissertation liegt auf der Gestaltung derartiger Turbogeneratoren und dabei insbesondere ihres Kurzschlussrings und der Untersuchung des elektrischen Betriebsverhaltens im Gesamtsystem. Dabei wird auf die Wechselwirkung des Mehrphasentransformators mit dem wicklungskopflosen Turbogenerator sowie auf den Einfluss der Mehrphasentransformatorwicklung auf das Systemverhalten eingegangen. Aus den Untersuchungen des Betriebsverhaltens eines Beispielsystems werden allgemeine Empfehlungen für die Gestaltung wicklungskopfloser Turbogeneratoren und der zugehörigen Mehrphasentransformatoren abgeleitet.
Aktualisiert: 2021-01-04
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Elektrisch erregte Synchronmaschinen für unterschiedliche Antriebskonzepte in Elektrofahrzeugen

Elektrisch erregte Synchronmaschinen für unterschiedliche Antriebskonzepte in Elektrofahrzeugen von Jürgens,  Jonathan, Mertens,  Axel, Ponick,  Bernd
In der vorliegenden Dissertation wird der Ansatz einer ganzheitlichen Antriebssystemdimensionierung beschrieben und untersucht. Für ein Fahrzeug der oberen Mittelklasse werden drei Antriebskonzepte mit elektrisch erregten Synchronmaschinen (ESM) dimensioniert, von denen zwei Konzepte Achsantriebe mit unterschiedlichen Getriebeübersetzungen sind und ein Konzept vier Radnabenantriebe vorsieht. Diese Antriebstopologien werden hinsichtlich einiger für den Automotive-Bereich relevanter Eigenschaften untersucht, wie beispielsweise den benötigten Bauraum, den Energiebedarf im Fahrzyklus, die maximal erreichbare Kurzzeit- und Dauerleistung sowie das akustische Verhalten. Im Mittelpunkt der Dissertation steht die für die Bewertung erarbeitete Berechnungsmethodik. Sie umfasst neben der zeiteffizienten und präzisen elektromagnetischen Berechnung mittels numerisch und analytisch gekoppelter Berechnungsverfahren auch die thermische Modellierung auf Basis von Wärmequellennetzwerken sowie die Anbindung einer erechnungsmethodik zur magnetischen Geräuschberechnung.
Aktualisiert: 2020-09-30
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Parametrisierung von thermischen Modellen für permanentmagneterregte Synchronmaschinen mittels experimenteller Identifikationsmethoden

Parametrisierung von thermischen Modellen für permanentmagneterregte Synchronmaschinen mittels experimenteller Identifikationsmethoden von Boseniuk,  Florian, Mertens,  Axel, Ponick,  Bernd
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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Elektrisch erregte Synchronmaschinen für unterschiedliche Antriebskonzepte in Elektrofahrzeugen

Elektrisch erregte Synchronmaschinen für unterschiedliche Antriebskonzepte in Elektrofahrzeugen von Jürgens,  Jonathan, Mertens,  Axel, Ponick,  Bernd
In der vorliegenden Dissertation wird der Ansatz einer ganzheitlichen Antriebssystemdimensionierung beschrieben und untersucht. Für ein Fahrzeug der oberen Mittelklasse werden drei Antriebskonzepte mit elektrisch erregten Synchronmaschinen (ESM) dimensioniert, von denen zwei Konzepte Achsantriebe mit unterschiedlichen Getriebeübersetzungen sind und ein Konzept vier Radnabenantriebe vorsieht. Diese Antriebstopologien werden hinsichtlich einiger für den Automotive-Bereich relevanter Eigenschaften untersucht, wie beispielsweise den benötigten Bauraum, den Energiebedarf im Fahrzyklus, die maximal erreichbare Kurzzeit- und Dauerleistung sowie das akustische Verhalten. Im Mittelpunkt der Dissertation steht die für die Bewertung erarbeitete Berechnungsmethodik. Sie umfasst neben der zeiteffizienten und präzisen elektromagnetischen Berechnung mittels numerisch und analytisch gekoppelter Berechnungsverfahren auch die thermische Modellierung auf Basis von Wärmequellennetzwerken sowie die Anbindung einer erechnungsmethodik zur magnetischen Geräuschberechnung.
Aktualisiert: 2020-10-01
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Fehlererkennung in Antriebssystemen mit permanentmagneterregten Synchronmaschinen

Fehlererkennung in Antriebssystemen mit permanentmagneterregten Synchronmaschinen von Mertens,  Axel, Oelkers,  Fabian, Ponick,  Bernd
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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Parametrisierung von thermischen Modellen für permanentmagneterregte Synchronmaschinen mittels experimenteller Identifikationsmethoden

Parametrisierung von thermischen Modellen für permanentmagneterregte Synchronmaschinen mittels experimenteller Identifikationsmethoden von Boseniuk,  Florian, Mertens,  Axel, Ponick,  Bernd
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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Fehlererkennung in Antriebssystemen mit permanentmagneterregten Synchronmaschinen

Fehlererkennung in Antriebssystemen mit permanentmagneterregten Synchronmaschinen von Mertens,  Axel, Oelkers,  Fabian, Ponick,  Bernd
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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Drehende elektrische Maschinen

Drehende elektrische Maschinen von Ponick,  Bernd
In dieser vollständig überarbeiteten und erweiterten Auflage wurde das Normungsgeschehen der letzten Jahre berücksichtigt. Im Mittelpunkt standen dabei zum einen die Erweiterung der Normung von Wirkungsgradklassen und deren messtechnische Validierung, zum anderen die weitere Verbesserung der Normen zur Messung von Teilentladungen in Isoliersystemen sowie zur Qualifizierung von Isoliersystemen, die Impulsspannungen ausgesetzt sind, wie sie durch Frequenzumrichter verursacht werden. Neu entstanden ist darüber hinaus mit DIN EN 60034-32 (VDE 0530-32) erstmals ein Leitfaden zur Messung von Wicklungskopfschwingungen großer elektrischer Maschinen. Aber auch an grundlegenden Normen wie DIN EN 60034-1 (VDE 0530-1), DIN EN 60034-2-1 (VDE 0530-2-1) oder DIN EN 60034-12 (VDE 0530-12) wurden im Rahmen von Überarbeitungen grundlegende kleinere und größere Erweiterungen vorgenommen. • Erläuterungen zu den Normen der Reihe DIN EN 60034 (VDE 0530) „Drehende elektrische Maschinen", • verbunden mit den Zweck, den technisch-physikalischen Hintergrund der in den Normen festgelegten Grenzwerte, der zulässigen Abweichungen und der Prüfmethode aufzuhellen, • Vermeidung von Missverständnissen bei der Auslegung der Normenreihe DIN EN 60034 (VDE 0530), • IEC 60034, internationaler Fokus: Dabei sind auch solche Stellen erwähnt und begründet, bei denen die deutschen Fachleute ihre Ansichten in den internationalen Normungsgremien nicht durchsetzen konnten.
Aktualisiert: 2020-06-30
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