Oberwellenbasierte Modellierung, Regelung und Auslegung von Permanentmagnet- und Reluktanz-Synchronmaschinen

  • Harmonic-based modeling, control and design of permanent magnet and reluctance synchronous machines

Lange, Tobias; de Doncker, Rik W. (Thesis advisor); Böcker, Joachim (Thesis advisor)

Aachen : ISEA (2020, 2021)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge des ISEA 144
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020

Kurzfassung

Durch die fortschreitende Automatisierung in der Industrie und Elektromobilität erfahren kompakte und effiziente Synchronmaschinen eine erhöhte Aufmerksamkeit. Permanentmagnet-Synchronmaschinen sind aufgrund der hohen Effizienz und Leistungsdichte gefragt. Reluktanz-Synchronmaschinen zeichnen sich hingegen durch den kostengünstigen und robusten Aufbau aus. Das geforderte kompakte Bauvolumen führt dabei zu magnetisch hoch ausgenutzten Maschinen wodurch starke Sättigungseffekte auftreten. In dieser Arbeit werden Modelle und Verfahren zur Antriebsanalyse unter Berücksichtigung der Oberwellen und Oberschwingungen vorgestellt. Das Maschinenmodell mit Raumharmonischen und die dynamische Verlustmodellierung erlauben die Analyse unterschiedlicher Regelungskonzepte ohne gekoppelte Finite Elemente Modelle (FEM). Die vorgestellten Modelle werden anhand von FEM Berechnungen oder direkt mit Messdaten parametriert. Anschließend wird ein Regelungskonzept zur Reduktion der Oberschwingungen erläutert. Darüber hinaus werden Auslegungsmethoden für kompakte Reluktanz-Synchronmaschinen aufgezeigt und validiert. Ausgehend von der analytischen Vorauslegung, wird eine Optimierung des elektromagnetischen Entwurfs anhand der statistischen Versuchsplanung analysiert. Weiterhin wird für eine Reluktanz-Synchronmaschine ein effektives Verfahren zur Reduktion der Drehmomentwelligkeit durch asymmetrische Barrierenstrukturen vorgestellt. Abschließend wird die Modifikation von Elektroblech zur Reduktion des Streuflusses im Rotor vorgestellt.

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