Im Fokus dieser Arbeit stehen permanenterregte Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklungen. Die Steigerung der Drehmomentdichte kann durch eine Erhöhung der Stromdichte erfolgen. Diese wird durch eine direkte Flüssigkeitskühlung der Statorwicklung ermöglicht. Es wird aufgezeigt, wie Maschinen mit hohen möglichen Stromdichten sinnvoll dimensioniert werden können.
Zu Beginn der Arbeit werden Methoden zur Berechnung magnetischer Widerstände für den Stator elektrischer Maschinen vorgestellt und bewertet. Anhand systematischer Parametervariationen mit einem neuartigen Verfahren zur schnellen Maschinenidentifikation wird ein Motor für den Einsatz hoher Stromdichten und das Erreichen hoher Drehmomentdichten dimensioniert. Daraus wird eine analytische Grobdimensionierung in Kombination mit einem vereinfachten magnetischen Ersatznetzwerk erarbeitet. Außerdem wird in dieser Dissertation die geschlossen-analytische Berechnung der Stromverdrängung um den Einfluss endlicher Permeabilität sowie des Nutlängsfelds erweitert.
Aktualisiert: 2021-08-04
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Im Fokus dieser Arbeit stehen permanenterregte Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklungen. Die Steigerung der Drehmomentdichte kann durch eine Erhöhung der Stromdichte erfolgen. Diese wird durch eine direkte Flüssigkeitskühlung der Statorwicklung ermöglicht. Es wird aufgezeigt, wie Maschinen mit hohen möglichen Stromdichten sinnvoll dimensioniert werden können.
Zu Beginn der Arbeit werden Methoden zur Berechnung magnetischer Widerstände für den Stator elektrischer Maschinen vorgestellt und bewertet. Anhand systematischer Parametervariationen mit einem neuartigen Verfahren zur schnellen Maschinenidentifikation wird ein Motor für den Einsatz hoher Stromdichten und das Erreichen hoher Drehmomentdichten dimensioniert. Daraus wird eine analytische Grobdimensionierung in Kombination mit einem vereinfachten magnetischen Ersatznetzwerk erarbeitet. Außerdem wird in dieser Dissertation die geschlossen-analytische Berechnung der Stromverdrängung um den Einfluss endlicher Permeabilität sowie des Nutlängsfelds erweitert.
Aktualisiert: 2021-09-09
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Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein Lösungsansatz entwickelt, der es ermöglicht, bewegte ferromagnetische Körper in direkten Lösungsverfahren gemäß der PEEC Formulierung einzubinden. Zur Berechnung der Induktivitäten wird dabei die zweidimensionale Lösung der magnetostatischen Poissongleichung mittels geeigneter Green'scher Funktion verwendet und hinsichtlich ihrer numerischen Stabilität und ihrer Eignung zur Berechnung von Stromverdrängungsverlusten mit der quasistationären FEM verglichen. In einem nächsten Schritt wird die PEEC Formulierung um die Berücksichtigung ferromagnetischer Materialien erweitert. Dazu wird der unter Verwendung einer statischen FEM Rechnung bestimmte Magnetisierungszustand des ferromagnetischen Körpers in eine PEEC-kompatible Darstellung konvertiert. Weiter wird die Nutzung von Systemsymmetrien zur Vereinfachung der Berechnung erörtert und es wird ein Ansatz vorgestellt, der es ermöglicht, das dabei mögliche Auftreten von Singularitäten zu verhindern. Ferner wird erarbeitet, wie auch bewegte Körper durch geeignete Transformation berücksichtigt werden können.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Im ersten Teil des Buches werden qualifizierte Modelle für Drehstrom-Synchron- und Asynchronmaschinen entwickelt (genäherte Berücksichtigung von Sättigung und Stromverdrängung, Kompound- und bürstenlose Erregersysteme für Synchronmaschinen) sowie bewährte und neue Methoden zur Bestimmung der benötigten Modellparameter und charakteristischen Kennlinien erläutert. In einem zweiten Teil wird die Nutzung dieser Modelle bei der Simulation praxisrelevanter Zuständen und Vorgängen im Inselnetz (kleine Netze begrenzter Leistung, z. B. Notstromanlagen, Bordnetze von Schiffen) auf dem PC demonstriert.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Im ersten Teil des Buches werden qualifizierte Modelle für Drehstrom-Synchron- und Asynchronmaschinen entwickelt sowie bewährte und neue Methoden zur Bestimmung der benötigten Modellparameter und charakteristischen Kennlinien erläutert. Im zweiten Teil wird die Nutzung dieser Modelle bei der Simulation praxisrelevanter Zustände und Vorgänge im Inselnetz auf dem PC demonstriert. Unter Inselnetzen sind kleine Netze mit begrenzter Leistung zu verstehen, z.B. Notstromanlagen und Bordnetze von Schiffen.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Aktualisiert: 2023-04-11
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Aktualisiert: 2023-04-01
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Aktualisiert: 2023-04-15
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Aktualisiert: 2023-04-11
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Im ersten Teil des Buches werden qualifizierte Modelle für Drehstrom-Synchron- und Asynchronmaschinen entwickelt sowie bewährte und neue Methoden zur Bestimmung der benötigten Modellparameter und charakteristischen Kennlinien erläutert. Im zweiten Teil wird die Nutzung dieser Modelle bei der Simulation praxisrelevanter Zustände und Vorgänge im Inselnetz auf dem PC demonstriert. Unter Inselnetzen sind kleine Netze mit begrenzter Leistung zu verstehen, z.B. Notstromanlagen und Bordnetze von Schiffen.
Aktualisiert: 2023-04-03
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In dieser Arbeit werden zwei verschiedene Methoden zur Bestimmung von Wicklungsverlusten in GRMs vorgestellt, die im Rahmen einer Maschinenauslegung ohne großen Aufwand verwendet werden können. Das erste Verfahren nutzt die Finite-Elemente Methode (FEM), die von der Modellerstellung bis hin zur Ergebnisanalyse viele einzelne, teilweise sehr aufwendige Schritte beinhaltet. Die Simulation mit FEM wurde in dieser Arbeit automatisiert, sodass der Aufwand für den Benutzer von mehreren Tagen auf wenige Minuten reduziert wird. Anhand der automatisierten graphischen Ergebnisdarstellung lassen sich die auftretenden Phänomene der Wicklungsverluste in GRMs analysieren und erklären. Nach der Untersuchung der Verluste an Beispielsimulationen werden die Verluste in Abhängigkeit verschiedener Simulationsparameter untersucht, um Fragen zur Wicklungsmodellierung und zur geeigneten Simulationsschrittweite zu klären. Zudem wird die Wechselwirkung zwischen der Temperatur und den Wicklungsverlusten analysiert. Als zweite Methode wird der Ansatz der Verlustsuperposition auf Basis von FEM-Berechnungen untersucht, mit denen die Verluste für jede Frequenzkomponente bestimmt werden. Dabei wird auch der Wicklungswiderstand hinsichtlich seiner Abhängigkeit von Frequenz, Position und Strom analysiert. Aufgrund von Unzulänglichkeiten des klassischen Superpositionsverfahrens wird das Verfahren modifiziert, sodass die Sättigungseffekte in der GRM besser abgebildet werden. Die Abweichungen der Gesamtverluste und der Einzelleiterverluste gegenüber der FEM werden damit deutlich reduziert.
Aktualisiert: 2019-12-12
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