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Über dieses Buch

Das Buch Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen besitzt eine dreiteilige Struktur. Im ersten Teil werden die regelungstechnischen Grundlagen gelegt. Anschließend wird die Regelung von elektrischen Maschinen, insbesondere die Gleichstrommaschine, die Asynchronmaschine und die Synchronmaschine, behandelt. Im letzten Teil des Werkes wird die Regelung von elektrischen Maschinen in unterschiedlichen Anwendungsfällen diskutiert.

In der neuen Auflage wurden die Querverweise und die Verständlichkeit verbessert. Damit ist ein sicherer sowie schneller Zugriff bei Fragen gewährleistet. Der Aufbau und der Umfang wurden an die aktuelle Bedeutung der Themen angepasst. Beispielweise wurden die Kapitel über besondere Betriebszustände gekürzt sowie die Kapitel über die Simulation antriebstechnischer Systeme und die Identifikation linearer Systeme herausgenommen. Hinzugekommen sind Kapitel zu Nichtlinearitäten, hierbei wird der Ansatz Funnel-Control vorgestellt. Die Idee des Verfahren ist, den Istwert in einem zeitlich variablen Tunnel zu führen, wobei die Strecke unbekannt sein kann.

Das Werk ist Teil eines fünfbändigen Lehr- und Nachschlagwerkes, beginnend mit "Elektrische Antriebe - Grundlagen", diesem Buch, "Intelligente Verfahren - Regelung nichtlinearer Systeme", Elektrische Antriebe - Leistungselektronische Schaltungen" und "Leistungselektronische Bauelemente".

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Regelungstechnische Grundlagen

Zusammenfassung
Bei technischen — aber auch anderen — Systemen besteht häufig die Aufgabe, bestimmte Größen auf einen gewünschten Wert zu bringen und dort zu halten. Diese Größen bezeichnet man als Ausgangsgrößen \(x\) des Systems. Damit aber die Ausgangsgrößen auf den gewünschtenWert gebracht und dort gehalten werden können, müssen die geeigneten Eingangsgrößen \(u\) der Strecke bekannt und zugänglich sein.
Dierk Schröder, Joachim Böcker

Kapitel 2. Regelung der Gleichstrommaschine

Zusammenfassung
In diesem Kapitel soll die praktische Anwendung der bisher vorgestellten Regler- Entwurfsverfahren (BO, SO, DO) auf Ankerstrom-, Erregerstrom- und Drehzahlregelkreis der Gleichstrommaschine behandelt werden. Alle Betrachtungen beziehen sich dabei auf die heute vorwiegend zum Einsatz kommenden Maschinen mit Fremderregung. Analog zu den Ausführungen im Buch „Elektrische Antriebe — Grundlagen“ [Sch94; Sch00a; Sch07b; Sch09b; Sch13] wird für das mathematische Modell ein ideales Maschinenverhalten angenommen, d. h. Einflüsse wie Sättigungen u.a. sollen vernachlässigt werden.
Dierk Schröder, Joachim Böcker

Kapitel 3. Dynamische Modellbildung netzgeführter Stellglieder

Zusammenfassung
In Kap. 2 wurde die Kaskadenregelung der Gleichstrommaschine diskutiert. Um eine möglichst gute Dynamik der Ankerstrom-Regelung zu erreichen, wurde die EMK eA durch eine Vorsteuerung kompensiert, siehe Abb. 2.​2 auf Seite 319 und Kap. 2.​1.​1.​1 bis Kap. 2.​1.​1.​3. Die volle Kompensation der EMK eA wird erreicht, wenn die Übertragungsfunktion GSTR(s) des Stromrichter-Stellglieds ein Proportional-Glied ist, d. h. dass GA(s)•GSTR(s) ≤ 1 ist.
Dierk Schröder, Joachim Böcker

Kapitel 4. Asynchronmaschine

Zusammenfassung
Die Asynchronmaschine ist aufgrund ihres robusten Aufbaus eine wichtige Alternative zur Gleichstrommaschine in elektrischen Antriebssystemen geworden und hat diese in vielen Bereichen mittlerweile ersetzt. Die Fortschritte in der Leistungselektronik durch abschaltbare Leistungshalbleiter und in der signalverarbeitenden Elektronik durch digitale Signalprozessoren ermöglichen heute den Einsatz von in Drehmoment und Drehzahl exakt regelbarer Asynchronmotoren. Der stetig wachsenden Bedeutung dieses Maschinentyps in modernen Antrieben wurde bereits in „Elektrische Antriebe — Grundlagen“ [Sch94; Sch00a; Sch07b; Sch09b; Sch13] durch die ausführliche Herleitung der Signalflusspläne und die Betrachtung des stationären Verhaltens der Maschine Rechnung getragen. Um dem Leser den Einstieg in die verschiedenen Regelungsverfahren zu erleichtern, werden die wesentlichen Ergebnisse zu Beginn kurz wiederholt.
Dierk Schröder, Joachim Böcker

Kapitel 5. Stromregelung von Drehstrommaschinen mit pulsweitenmodulierten Stromrichtern

Zusammenfassung
Der elektrische Strom stellt bei Drehstrommotoren eine zentrale Größe dar: Die eine Stromkomponente bestimmt das Drehmoment, die andere ist für die Flussbildung bzw. Flussschwächung verantwortlich. Während bei I-Umrichtern (stromeinprägenden Umrichtern) der gewünschte Strom dem Motor unmittelbar eingeprägt warden kann, ist bei U-Umrichtern (spannungseinprägenden Umrichtern) eine unterlagerte Stromregelung notwendig, deren Aufgabe es ist, die gewünschten Stromkomponenten entsprechend der Drehmoment- und Flussanforderung sicherzustellen. Diese Stromregelung einschließlich der damit verbundenen Pulsweitenmodulation ist Gegenstand dieses Kapitels.
Dierk Schröder, Joachim Böcker

Kapitel 6. Synchronmaschine

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die bereits aus dem Buch „Elektrische Antriebe—Grundlagen“ [Sch94; Sch00a; Sch07b; Sch09b; Sch13] bekannten Gleichungen sowie Signalflusspläne der verschiedenen Ausführungsformen der Synchronmaschinen kurz dargestellt. Um den Einstieg auch in diesem Buch zu ermöglichen, sei u. a. auf Kap. 4.​1.​1 auf Seite 404 (Drehfeldmaschine allgemein) und auf Kap. 4.​1.​2 auf Seite 405 (Raumzeigerdarstellung) hingewiesen, die wesentliche Grundlagen für das Verständnis enthalten.
Dierk Schröder, Joachim Böcker

Kapitel 7. Drehgeberlose Regelung von Drehfeldmaschinen

Zusammenfassung
In den bisherigen Kapiteln wird beispielsweise bei der Regelung von Drehfeldmaschinen mittels Entkopplung oder der feldorientierten Regelung ein Drehzahlsensor bei der Asynchronmaschine oder ein Lagegeber bei der Synchronmaschine vorausgesetzt. Es besteht nun der Wunsch, diese Sensoren zu vermeiden und vorzugsweise nur die leicht zugänglichen Signale wie Statorstrom und Statorspannung zu verwenden. Diese Signale werden u. a. auch zur Stromeinprägung benötigt und sind somit bereits vorhanden.
Dierk Schröder, Joachim Böcker

Kapitel 8. Geschaltete Reluktanzmaschine

Zusammenfassung
Das Prinzip der geschalteten Reluktanzmaschine (GRM, englisch switched reluctance machine/motor, SRM) ist eines der am längsten bekannten Prinzipien zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische. Das erste Patent, bei dem das Reluktanzdrehmoment benutzt wurde, stammt aus dem Jahre 1839 [Tay40]. Erst durch die enormen Fortschritte der Halbleitertechnologie und der einhergehenden Entwicklung der Leistungs- und Mikroelektronik in den 1970er Jahren wurde das Prinzip des Reluktanzantriebes neu belebt.
Dierk Schröder, Joachim Böcker

Kapitel 9. Regelung elastischer und reibungsbehafteter Systeme

Zusammenfassung
Bei der Optimierung der Drehzahlregelung (siehe z. B. Kap. 2.​1.​2 auf Seite 330) wurde bisher immer nur die elektrische Maschine allein betrachtet. In der Praxis sind auch die Einflüsse einer elastischen Kopplung zwischen Antriebs- und Arbeitsmaschine von Interesse, die in diesem Kapitel diskutiert werden. Die Arbeitsmaschine wird durch das Trägheitsmoment \(\theta \)A approximiert, technologische Fragestellungen sind nicht berücksichtigt (hierzu Kap. 10.​1 auf Seite 1367). Sollte eine ideale starre Verbindung vorliegen, so kann das Massenträgheitsmoment \(\theta \) A (Arbeitsmaschine) zum Massenträgheitsmoment \(\theta \) M der Antriebsmaschine (Motor) hinzugerechnet werden.
Dierk Schröder, Joachim Böcker

10. Ausgewählte Anwendungen

Zusammenfassung
In Produktionsanlagen mit kontinuierlicher Fertigung werden Stoffbahnen verschiedener Materialien wie Metalle, Kunststoffe, Textilien oder Papier erzeugt und in unterschiedlichen Sektionen bearbeitet. Der Aufgabe entsprechend durchlaufen die Stoffbahnen dabei verschiedene Bearbeitungsschritte mit elastischen oder plastischen Verformungen, Beschichtungen oder speziellen Behandlungen. Am Ende der Bearbeitung werden die Stoffbahnen meist in Wickeln gespeichert.
Dierk Schröder, Joachim Böcker

Backmatter

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