Modellierung, Simulation und Optimierung von Reluktanzsynchronmotoren im unteren Leistungsbereich
Gespeichert in:
1. Verfasser: | |
---|---|
Format: | Abschlussarbeit Buch |
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Düren
Shaker Verlag
2020
|
Schriftenreihe: | Kaiserslauterer Beiträge zur Antriebstechnik
18 |
Schlagworte: | |
Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis |
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adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
VERWENDETE
SYMBOLE
UND
ABKUERZUNGEN
VII
1.
EINLEITUNG
1
1.1.
MOTIVATION
UND
ZIELSETZUNG
..........................................................
2
1.2.
AUFBAU
DER
ARBEIT
.........................................................................
3
2.
ENTWICKLUNG
UND
EINSATZGEBIETE
VON
RELUKTANZSYNCHRONMOTOREN
5
3.
AUFBAU
UND
FUNKTIONSWEISE
VON
RELUKTANZSYNCHRONMOTOREN
9
3.1.
STAENDER-
UND
LAEUFERDESIGN
.............................................................
11
3.1.1.
STAENDER
DESIGN
......................................................................
11
3.1.2.
LAEUFER
DESIGN
......................................................................
11
3.2.
FUNKTIONSWEISE
...............................................................................
13
3.3.
FELDORIENTIERTE
REGELUNG
DES
RELUKTANZSYNCHRONMOTORS
............
14
4.
FEM-GESTUETZTE
AUSLEGUNG
DES
R-SYM
17
4.1.
FINITE
ELEMENTE
METHODE
.............................................................
17
4.1.1.
FEM-GRUNDGLEICHUNGEN
...................................................
17
4.1.2.
FEM-SOFTWARE
...................................................................
18
4.1.3.
AUFBAU
DES
FEM-MODELLS
................................................
19
4.2.
AUSLEGUNGSRANDBEDINGUNGEN
..........................................................
20
4.2.1.
FESTLEGUNG
DES
BASISMOTORS
.............................................
20
4.2.2.
VERLUSTBETRACHTUNG
UND
ZIELFUNKTION
..............................
20
4.2.3.
DEFINITION
DER
ZIELFUNKTION
................................................
21
4.2.3.1.
WIRKUNGSGRAD
....................................................
21
4.2.3.2.
DREHMOMENTWELLIGKEIT
.......................................
22
4.3.
GEOMETRIE-VARIATION
......................................................................
23
4.3.1.
VARIATIONSPARAMETER
..........................................................
23
4.3.2.
OPTIMIERUNGSALGORITHMUS
.................................................
25
4.3.3.
ANWENDUNG
DER
NUTZAHLBEDINGUNG
.................................
26
4.3.4.
BEWERTUNG
DER
PARAMETERSTUDIEN
....................................
27
4.4.
DREHMOMENTWELLIGKEIT
...................................................................
29
4.5.
OPTIMALE
ID-,
I
Q
-EINPRAEGUNG
..........................................................
30
INHALTSVERZEICHNIS
4.6.
WICKLUNGSAUSLEGUNG
......................................................................
31
4.6.1.
GANZLOCHWICKLUNG
.............................................................
31
4.6.1.1.
EINSCHICHT-GLW
.................................................
31
4.6.1.2.
ZWEISCHICHT-GLW
..............................................
35
4.6.1.3.
VERGLEICH
EINSCHICHT-GLW
VS.
ZWEISCHICHT-GLW
37
4.6.2.
BRUCHLOCHWICKLUNG
.............................................................
38
4.6.2.1.
GEOMETRIE
VARIATION
BEI
DER
BLW
.....................
39
4.6.2.2.
EINFLUSS
DER
STAFFELUNG
DES
LAEUFERBLECHPAKETES
(BLW)
................................................................
41
4.6.3.
VERGLEICH
EINSCHICHT-GLW
VS.
EINSCHICHT-BLW
............
42
4.7.
SONDERDESIGN
UND
MODIFIKATIONEN
.................................................
43
4.7.1.
SONDERDESIGN
......................................................................
43
4.7.2.
MODIFIKATIONEN
...................................................................
44
4.7.2.1.
EINFLUSS
DER
FLUSSSPERRENENDEN
.........................
44
4.7.2.2.
EINFLUSS
VON
RADIALEN
RIPPEN
............................
45
4.7.2.3.
EINFLUSS
VON
VERRUNDUNGEN
...............................
47
4.8.
FEM-SIMULATION
............................................................................
48
4.8.1.
FELDLINIEN
............................................................................
48
4.8.2.
VERTEILUNG
DER
FLUSSDICHTEN
IM
MOTOR
.............................
49
4.8.3.
LUFTSPALTINDUKTION
.............................................................
49
4.8.4.
INDUKTIVITAETEN
...................................................................
50
4.8.5.
UMMAGNETISIERUNGSVERLUSTE
..............................................
52
4.8.5.1.
METHODEN
DER
UMMAGNETISIERUNGSVERLUSTBETRACH
TUNG
......................................................
52
4.8.5.2.
EINFLUSS
DER
FERTIGUNGSMETHODEN
.....................
53
4.8.5.3.
SIMULATION
DER
UMMAGNETISIERUNGSVERLUSTE
IN
ANSYS
MAXWELL
.................................................
53
5.
ANALYTISCHE
MODELLIERUNG
UND
SIMULATION
DES
STATIONAEREN
BETRIEBSVER
HALTENS
57
5.1.
ANALYTISCHE
MODELLIERUNG
.............................................................
57
5.1.1.
ELEKTROMAGNETISCHES
GRUNDWELLENMODELL
........................
58
5.1.1.1.
LAEUFERACHSENDEFINITION
........................................
59
5.1.1.2.
FELDERREGERKURVE
.................................................
60
5.1.1.3.
FIKTIVER
LUFT
SPALT
..............................................
60
5.1.2.
MAGNETISCHER
KREIS
.............................................................
62
5.1.2.1.
MAGNETISCHES
ERSATZSCHALTBILD
.........................
62
5.1.2.2.
VIRTUELLE
STAENDERNUTEN
.....................................
63
5.1.2.3.
MASCHENSTROMVERFAHREN
.....................................
65
5.1.2.4.
AUFSTELLUNG
DES
GLEICHUNGSSYSTEMS
...................
66
II
INHALTSVERZEICHNIS
5.1.2.5.
ITERATIONSVERFAHREN
..............................................
68
5.1.3.
AUSWERTUNG
DES
GLEICHUNGSSYSTEMS
.................................
70
5.1.3.1.
BERECHNUNG
DER
LUFTSPALTINDUKTION
..................
70
5.1.3.2.
FLUSSVERKETTUNGEN
IN
DER
D-
UND
Q-ACHSE
...
71
5.1.4.
PARAMETERDEFINITION
..........................................................
71
5.1.4.1.
STRANGWINDUNGSZAHL
...........................................
71
5.1.4.2.
INDUKTIVITAETEN
....................................................
72
5.1.4.3.
REDUKTIONSFAKTOREN
...........................................
73
5.1.5.
BERECHNUNG
DER
INNEREN
DREHMOMENTGLEICHUNG
............
74
5.1.6.
B(H)-KENNLINIE
...................................................................
75
5.2.
ANALYTISCHE
IMPLEMENTIERUNG
.......................................................
76
5.2.1.
PROGRAMMABLAUFPLAN
..........................................................
76
5.2.2.
OPTIMIERUNG
DES
ANALYTISCHEN
PROGRAMMS
.....................
78
5.2.2.1.
NOTWENDIGE
RANDBEDINGUNGEN
........................
78
5.2.2.2.
AUTOMATISCHE
BERECHNUNGEN
...........................
78
5.2.3.
ANALYTISCHE
SIMULATION
....................................................
79
5.2.3.1.
VARIATION
DER
STRANGWINDUNGSZAHL
..................
81
5.2.3.2.
ANZAHL
DER
ITERATIONEN
....................................
82
5.3.
DIREKTER
VERGLEICH
-
FEM
VS.
ANALYTIK
.........................................
83
5.3.1.
LUFTSPALTINDUKTION
.............................................................
83
5.3.2.
DREHMOMENT
AUSBEUTE
BEI
BESTROMUNGSWINKEL
VARIATION
.
84
5.3.3.
BEWERTUNG
DER
MODELLGENAUIGKEIT
....................................
85
6.
THERMISCHE
MODELLIERUNG
87
6.1.
THERMISCHES
NETZWERK
...................................................................
88
6.2.
VERLUSTLEISTUNGSQUELLEN
...................................................................
89
6.3.
ANALYTISCHE
BESTIMMUNG
DER
INNEREN
THERMISCHEN
WIDERSTAENDE
90
6.3.1.
UEBERGANGSWIDERSTAENDE
IM
ELEKTROBLECH
...........................
90
6.3.2.
UEBERGANGSWIDERSTAND
ZWISCHEN
STAENDERWICKLUNG
UND
STAEN
DERZAHN
..................................................................
91
6.4.
IDENTIFIKATION
DES
AEUSSEREN
THERMISCHEN
WIDERSTANDES
...............
92
7.
FUNKTIONSMUSTERAUSLEGUNG
UND
FUNKTIONSMUSTERBAU
93
7.1.
RANDBEDINGUNGEN
.........................................................................
93
7.2.
FUNKTIONSMUSTERAUSLEGUNG
.............................................................
94
7.2.1.
DESIGNWAHL
.........................................................................
94
7.2.1.1.
DESIGNWAHL
1
.......................................................
94
7.2.1.2.
DESIGNWAHL
2
.......................................................
94
7.2.2.
WICKLUNGSAUSLEGUNG
..........................................................
95
7.2.3.
WELLENDESIGN
......................................................................
97
III
INHAL
TSVERZEICHNIS
7.2.4.
BAUKASTENPRINZIP
.................................................................
97
7.3.
FUNKTIONSMUSTERBAU
.........................................................................
101
7.3.1.
ELEKTROBLECH
..........................................................................
101
7.3.2.
LAEUFER
......................................................................................
101
7.3.3.
STAENDER
...................................................................................
102
7.3.4.
FUNKTIONSMUSTERBAU
..............................................................
103
8.
FUNKTIONSMUSTERERPROBUNG
UND
VERGLEICH
MIT
DER
SIMULATION
105
8.1.
PRUEFSTANDAUFBAU
UND
MESSKONZEPT
.................................................
105
8.1.1.
PRUEFSTANDAUFBAU
....................................................................
105
8.1.2.
MESSKONZEPT
..........................................................................
107
8.2.
STATIONAERES
BETRIEBS
VERHALTEN
DES
R-SYM
.....................................
109
8.2.1.
ERMITTLUNG
DES
OPTIMALEN
BESTROMUNGSWINKELS
............
109
8.2.1.1.
MTPA
....................................................................
109
8.2.1.2.
MAXIMALER
WIRKUNGSGRAD
.....................................
110
8.2.1.3.
BEWERTUNG
DER
OPTIMIERUNGSMETHODEN
....
110
8.2.1.4.
FESTLEGUNG
DES
LASTABHAENGIGEN
STROMZEIGERS
.
.
111
8.2.2.
STATIONAERES
BETRIEBSVERHALTEN
..............................................
112
8.2.2.1.
LAST
VARIATION
...........................................................
114
8.2.2.2.
SL-KENNLINIE
...........................................................
117
8.2.2.3.
MECHANISCHE
VERLUSTE
............................................
118
8.2.2.4.
VERLUSTLEISTUNGSAUFTEILUNG
......................................
120
8.3.
DIREKTER
VERGLEICH,
PRAKTISCHE
ERPROBUNG
VS.
SIMULATION
....
121
9.
DIRECT-ON-LINE-RELUKTANZSYNCHRONMOTOR
123
9.1.
SIMULATION
DES
DOL-R-SYM
..........................................................
124
9.1.1.
AUSLEGUNGSRANDBEDINGUNGEN
..............................................
124
9.1.1.1.
INTRITTFALL
.................................................................
124
9.1.1.2.
LASTKENNLINIE
..........................................................
127
9.1.1.3.
UMSETZUNG
DES
DOL-R-SYM
...............................
127
9.1.2.
INTRITTFALL-SIMULATIONEN
..........................................................
128
9.1.2.1.
STABVARIATION
..........................................................
129
9.1.2.2.
LEIT
ER
VARIATION
.......................................................
130
9.1.3.
STATIONAER
EINGESCHWUNGENE
SIMULATIONEN
............................
131
9.2.
FUNKTIONSMUSTERAUSLEGUNG
UND
FUNKTIONSMUSTERBAU
...................
132
9.2.1.
RANDBEDINGUNGEN
.................................................................
132
9.2.2.
FUNKTIONSMUSTERAUSLEGUNG
....................................................
133
9.2.3.
FUNKTIONSMUSTERBAU
.............................................................
135
IV
INHALTSVERZEICHNIS
9.3.
PRAKTISCHE
ERPROBUNG
UND
VERGLEICH
MIT
DER
SIMULATION
....
137
9.3.1.
STATIONAERE
ERPROBUNG
..........................................................
137
9.3.1.1.
MESSKONZEPT
UND
PRUEFSTAND
.................................
137
9.3.1.2.
PRAKTISCHE
ERPROBUNG
..........................................
139
9.3.2.
TRANSIENTE
ERPROBUNG
..........................................................
142
9.3.2.1.
MESSKONZEPT
UND
PRUEFSTAND
.................................
142
9.3.2.2.
PRAKTISCHE
ERPROBUNG
..........................................
144
9.3.3.
ANPASSUNG
DES
TRANSIENTEN
SIMULATIONSMODELLS
............
146
9.4.
BEWERTUNG
DER
MODELLGENAUIGKEIT
....................................................
147
9.5.
BEWERTUNG
DES
UNIVERSALBLECH-KONZEPTES
........................................
149
10.
ZUSAMMENFASSUNG
151
A.
ANHANG
153
A.L.
WIRKUNGSGRADKLASSIFIZIERUNG
............................................................
153
A.1.1.
NETZGESPEISTE
MOTOREN
..........................................................
153
A.L.
2.
DREHZAHL
VERAENDERLICHE
MOTOREN
...........................................
153
A.L.
3.
TOLERANZBEREICH
......................................................................
154
A.2.
FEM-GESTUETZTE
AUSLEGUNG
DES
R-SYM
..........................................
155
A.2.1.
GEOMETRIE
VARIATION
................................................................
155
A.2.1.1.
ANWENDUNG
DER
NUTZAHLBEDINGUNG
....................
155
A.2.1.2.
ANWENDUNG
OHNE
NUTZAHLBEDINGUNG
.................
156
A.2.2.
SAETTIGUNGSEINFLUSS
................................................................
156
A.2.3.
WICKLUNGSAUSLEGUNG
.............................................................
157
A.2.3.1.
EINSCHICHT-GLW
...................................................
157
A.2.3.2.
EINSCHICHT-BLW
...................................................
158
A.2.4.
EINFLUSS
VON
RADIALEN
RIPPEN
..............................................
159
A.2.4.1.
BERECHNUNG
DER
MAGNETISCHEN
DRUECKE
...........
159
A.3.
ANALYTISCHE
MODELLIERUNG
UND
SIMULATION
....................................
161
A.3.1.
ANALYTISCHE
MODELLIERUNG
....................................................
161
A.3.1.1.
CLARKE-PARK-TRANSFORMATION
...............................
161
A.3.1.2.
HERLEITUNG
DER
FELDERREGER
KURVE
.........................
163
A.3.1.3.
ANALOGIE
ELEKTRISCHER
-
MAGNETISCHER
KREIS
...
166
A.3.1.4.
ANALOGIE
ELEKTRISCHER
-
THERMISCHER
KREIS
.
.
.
166
A.3.1.5.
ERWEITERTES
ESB
DES
R-SYM
...............................
167
A.3.2.
ANALYTISCHE
SIMULATION
......................................................
168
A.3.2.1.
AUTOMATISCHE
VARIABIENERSTELLUNG
......................
168
A.4.
FUNKTIONSMUSTERERPROBUNG
................................................................
170
A.4.1.
LASTVARIATION
........................................................................
170
A.4.2.
SL-KENNLINIE
........................................................................
171
V
INHALTSVERZEICHNIS
A.5.
DOL-R-SYM
......................................................................................
173
A.5.1.
FUNKTIONSMUSTERBAU
.............................................................
174
A.5.2.
ZEIT
VERLAEUFE
VON
SPANNUNG
UND
STROM
..............................
175
A.5.3.
DOL-R-SYM
2,2KW
.............................................................
176
A.5.4.
BASISMOTOR
2,2KW
................................................................
177
LITERATURVERZEICHNIS 179
VI
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