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Nutzung nichtlinearer Effekte zur elektrischen Steuerung von Netzdrosseln im Impedanzverhalten

Die vorliegende Arbeit handelt das Themengebiet der elektrisch steuerbaren Netzdrosseln ab. Zu Beginn wird der Stand der Technik dargelegt und experimentell untersucht, sowie ein Algorithmus zum Vergleich der Wirkung einer Vormagnetisierung im ferromagnetischen Kernmaterial entwickelt. Die Aufgabenstellung der Nichtlinearität der Magnetisierungskennlinie unter der Vormagnetisierung aus dem Stand der Technik wird daraus identifiziert sowie die Anforderung an eine linear steuerbare Drossel abgeleitet und gestellt. Unter dem Gesichtspunkt der Bauweise nach dem Stand der Technik von Netzdrosseln, sowie einer praktikablen und industriellen Fertigung, werden steuerbare Konzepte entwickelt, um linear steuerbare Drosseln zu erhalten. Die Arbeit setzt auf eine reine Gleichstromvormagnetisierung, um die benötigte Leistungselektronik zur Bereitstellung des Vormagnetisierungsstroms zu minimieren und letztendlich Halbleiterventile im Lastkreis zu vermeiden, um die Anforderung an Robustheit und Lebensdauer des Gesamtsystems zu erhöhen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden linear steuerbare Vormagnetisierungskonzepte entwickelt und dargelegt, worunter die Parameter der geometrischen Implementierung der Vormagnetisierung im Kernmaterial sowie die Materialcharakteristik des Elektrobands genutzt werden. Zum Verständnis wird die Feldverteilung der Vormagnetisierung im Kernmaterial anhand von FEM-Simulationen visualisiert und aus den FEM-Ergebnissen charakteristische Steuerkennlinien zur analytischen Auslegung abgeleitet. Zur Validierung werden die entwickelten Vormagnetisierungskonzepte aus den analytischen Überlegungen und den FEM-Ergebnissen anhand von Funktionsmustern belegt und bestätigt. Der Entwicklungsprozess wird eingehend vorgestellt und demonstrative einphasige sowie dreiphasige Funktionsmuster mit einer Leistung um 150VAr und 10kVAr gefertigt, experimentell untersucht und validiert. Durch die dargestellte Methodik zur Implementierung der Vormagnetisierung sowie den entwickelten steuerbaren Konzepten, zeigen die Ergebnisse der Arbeit beispielhaft, dass unter der Kenntnis zur Ausprägung der Vormagnetisierung im Kernmaterial selbst mit einem reinen Gleichstrom zur Vormagnetisierung linear steuerbare Drosseln zu erhalten sind, was der Stand der Technik und die Wissenschaft bisher nicht beantwortet hat bzw. konnte.

Imprint
@book{doi:10.17170/kobra-202303207662,
  author    ={Fenske, Florian},
  title    ={Nutzung nichtlinearer Effekte zur elektrischen Steuerung von Netzdrosseln im Impedanzverhalten},
  keywords ={333 and 620 and Transduktor and Vormagnetisierung and Induktivität and Drosselspule and Linearität and Magnetischer Fluss and Elektromagnetisches Feld},
  copyright  ={http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/},
  language ={de},
  year   ={2023}
}