Date
2017-04-25Metadata
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Dissertation
Zweiachsige Hybriderregung von Synchronmaschinen
Abstract
Neue Anwendungsfelder von geregelten elektrischen Antrieben, wie beispielsweise die Windenergie und die Elektromobilität, führen zu einer stetig steigenden Nachfrage nach wartungsfreien Systemen mit langen Betriebszeiten. Der Preisverfall der Leistungselektronik bei immer höheren Wirkungsgraden ermöglicht durch geeignete Topologien und entsprechende Regelung deutliche Energieeinsparung beim Betrieb elektrischer Antriebe.
In der Elektromobilität stellen im Besonderen gegensinnige Anforderungen, wie hohe Effizienz bei gleichzeitig minimalem Gewicht und Bauvolumen, die Motorentwicklung vor immer neue Herausforderungen. Zudem begrenzen in mobilen Anwendungen Sicherheitskriterien und Speichertechniken die Spannungslage und Stromstärke. Jedoch bieten die hohen Stückzahlen, beispielsweise bei elektrischen Fahrzeugantrieben, ein großes Potential für neue Konzepte. Da sowohl Permanentmagneterregte Synchronmaschinen, als auch Fremderregte Synchronmaschinen jeweils Vor- und Nachteile aufweisen, ist die logische Konsequenz, die Vorteile beider Konzepte in einer Hybriderregten Synchronmaschine zu vereinen.
Der Maschinentyp, mit dem sich die vorliegende Arbeit befasst, hat im Gegensatz zu den meisten Hybriderregungs-Konzepten, einen Versatz zwischen elektrischer Erregung und Permanentmagneterregung von 90° el. Diese Anordnung wird in Hinblick auf eine effiziente Nutzung der elektrischen Erregung bei gleichzeitiger Erhaltung des Reluktanzmoments untersucht. Der Kern der Arbeit ist die Erarbeitung der grundlegenden Zusammenhänge dieses Aufbaus, um Aussagen über dessen Leistungsfähigkeit treffen zu können.
Die grundlegenden Eigenschaften der zweiachsigen Hybriderregten Synchronmaschine werden über analytische Gleichungen abgehandelt, wobei Grundstell- und Feldschwächbereich gesondert betrachtet werden. Es schließt sich eine elektromagnetische Simulation an, die das wirkungsgradoptimale Verhalten der Maschinentopologie anhand eines Prototyps darlegt.
Eine Validierung der vorhergehenden Betrachtungen anhand von Messungen an einem Prototypen schließt die Untersuchungen ab.
In der Elektromobilität stellen im Besonderen gegensinnige Anforderungen, wie hohe Effizienz bei gleichzeitig minimalem Gewicht und Bauvolumen, die Motorentwicklung vor immer neue Herausforderungen. Zudem begrenzen in mobilen Anwendungen Sicherheitskriterien und Speichertechniken die Spannungslage und Stromstärke. Jedoch bieten die hohen Stückzahlen, beispielsweise bei elektrischen Fahrzeugantrieben, ein großes Potential für neue Konzepte. Da sowohl Permanentmagneterregte Synchronmaschinen, als auch Fremderregte Synchronmaschinen jeweils Vor- und Nachteile aufweisen, ist die logische Konsequenz, die Vorteile beider Konzepte in einer Hybriderregten Synchronmaschine zu vereinen.
Der Maschinentyp, mit dem sich die vorliegende Arbeit befasst, hat im Gegensatz zu den meisten Hybriderregungs-Konzepten, einen Versatz zwischen elektrischer Erregung und Permanentmagneterregung von 90° el. Diese Anordnung wird in Hinblick auf eine effiziente Nutzung der elektrischen Erregung bei gleichzeitiger Erhaltung des Reluktanzmoments untersucht. Der Kern der Arbeit ist die Erarbeitung der grundlegenden Zusammenhänge dieses Aufbaus, um Aussagen über dessen Leistungsfähigkeit treffen zu können.
Die grundlegenden Eigenschaften der zweiachsigen Hybriderregten Synchronmaschine werden über analytische Gleichungen abgehandelt, wobei Grundstell- und Feldschwächbereich gesondert betrachtet werden. Es schließt sich eine elektromagnetische Simulation an, die das wirkungsgradoptimale Verhalten der Maschinentopologie anhand eines Prototyps darlegt.
Eine Validierung der vorhergehenden Betrachtungen anhand von Messungen an einem Prototypen schließt die Untersuchungen ab.
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