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2018 | OriginalPaper | Buchkapitel

6. Fremderregte Maschinen mit symmetrischem Magnetkreis – Elektronisch kommutierte Gleichstrommaschinen und Synchronmaschinen

verfasst von : Ekkehard Bolte

Erschienen in: Elektrische Maschinen

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Der konstruktiv mechanische Aufbau der hier betrachteten elektrischen Maschinen und das zugeordnete leistungselektronische Stellglied werden beschrieben. Auf dieser Grundlage werden die Drehmomentenbildung und Stromaufnahme, die Funktionsweise und das Betriebsverhalten für stationären Betrieb an konstanter Zwischenkreisspannung behandelt.
Die sensorlose Kommutierung wird betrachtet und für die Betriebsart Back-EMF-Sensing detailliert dargestellt.
Der stationäre Betrieb mit eingeprägten sinusförmigen Spannungen, das ist ja der klassische Synchronbetrieb, wird mit den aus der komplexen Wechselstromrechnung bekannten Methoden analysiert. Ein sogenannter Torque-Motor wird als Beispiel einbezogen. Auch der Betrieb mit veränderlicher Drehzahl und quasistationäres Bremsen werden behandelt.
Schließlich werden die Motorkonzepte für stationären Betrieb miteinander verglichen. Motorkonzept steht hier für die Kombination von mechanischem Aufbau und elektrischer Betriebsart.
Für den dynamischen Betrieb wird ein eigenes mathematisches Modell (Einführung von Raumzeigergrößen) entwickelt. Daraus wird der rotorfeldorientierte Betrieb abgeleitet, für den ein Regelantrieb behandelt wird. Ein Anwendungsbeispiel erläutert diese Betriebsart. Die betrachtete Regelung nutzt/braucht die Rotorlage als Messgröße. Die Lageinformation kann auch aus mathematischen Modellen gewonnen werden. Hier wird ein adaptives Verfahren, das Model Reference Adaptive Control (MRAC) angewendet.
Das dynamische Betriebsverhalten wird oben beschrieben durch gekoppelte nichtlineare gewöhnliche Differentialgleichungen. Hierfür wird eine analytische Integrationsmethode entwickelt, für deren numerische Auswertung ein PC-Programm vorgestellt wird.

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Fußnoten
1
Für konzentrierte Wicklungen gilt (natürlich) β1 = 0.
 
2
Die numerische Auswertung, d. h. Programmierung, ist wegen der Symmetrien in den Strom-Zeit-Verläufen sehr übersichtlich, alternativ kann der eingeschwungene Zustand unter Nutzung von Periodizitätsbedingungen gefunden werden, ohne den Einschwingvorgang betrachten zu müssen.
 
3
Falls eine strombegrenzende Bremsimpedanz \(\underline{\textit{Z}}_{\textit{B}}\) nötig wird, ist \(\textit{U}_{\textit{a}}\) gemäß \(\textit{U}_{\textit{a}} + \underline{\textit{Z}}_{\textit{B}} \cdot \underline{\textit{I}}_{\textit{a}} = \textrm{0}\) zu berücksichtigen.
 
4
Squarewave PM brushless motor drives.
 
5
Synchronmaschine Sinewave PM brushless motor drive.
 
6
Bei einer Erregerflussdichte \(\textit{B}_{\textit{f}}\), siehe Abb. 6.4a, erhält man die von einer Windung mit der Weite \(\textit{y} = \tau_{\textit{p}}\) umfasste Flussamplitude des Grundfeldes zu \({}^{\textit{p}_{\textit{f}} }\hat{\phi }_{\textit{f}} = \frac{2}{\pi }{}^{\textit{p}_{\textit{f}} }\! \skew5\hat{\textit{B}}_{\textit{f}} \cdot \frac{2\pi \textit{r} \textit{l}_{\textit{ax}} }{2\textit{p}_{\textit{f}} }\); mit \({}^{^{\textit{p}_{\textit{f}} }}\! \skew5\hat{\textit{B}}_{\textit{f}} = \frac{4}{\pi }\textit{B}_{\textit{f}} \) folgt \(\textit{p}_{\textit{f}} \cdot {}^{\textit{p}_{\textit{f}} }\hat{\phi }_{\textit{f}} = \frac{8}{\pi ^2} \cdot \textit{p}\kern0.5pt\phi_{\textit{f}} \).
 
7
Für \(\frac{\textit{p}_{\textit{f}} }{\textit{p}_{\textrm{1}} } \,{=}\, \textrm{1}\) erhält man die u. U. geläufigere Formulierung \(\underline{\textit{g}}(\textit{t})\,{=}\, \frac{2}{3}\cdot \left[ \textit{g}_\textrm{1} (\textit{t}) +\textit{g}_2 (\textit{t}) \cdot \exp \textit{j}\textstyle{{2\pi } \over 3} + \textit{g}_3 (\textit{t}) \cdot \exp \textit{j}\textstyle{{4\pi } \over 3} \right]\).
 
Literatur
1.
Kaufhold M, Jöckel A (2002) Permanenterregte Großmaschinen: Potenziale in der Oberklasse. etz 2002(20):8–13
2.
Kalberlah S (2009) Sensorloser Betrieb von Dauermagnet erregten Motoren am Pulswechselrichter. Diplomarbeit. Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg, Hamburg
3.
Miller TJE (1989) Brushless permanent-magnet and reluctance motor drives. Clarendon Press, Oxford, S 11–19
4.
Koväcs KP (1962) Symmetrische Komponenten inWechselstrommaschinen. Birkhäuser, BaselCrossRef
5.
6.
Bolte E, Sahhary B (2007) Dynamic performance analysis of permanent magnet synchronous machines. ICEMP Bodrum, TurkeyCrossRef
7.
Schröder D (2001) Elektrische Antriebe – Regelung von Antriebssystemen. Springer, Berlin, S 531CrossRef
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Sahhary B (2008) Elektrische Antriebe mit dauermagneterregten Maschinen im dynamischen sensorlosen Betrieb. Dissertation. Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg, S 59–80
9.
Metadaten
Titel
Fremderregte Maschinen mit symmetrischem Magnetkreis – Elektronisch kommutierte Gleichstrommaschinen und Synchronmaschinen
verfasst von
Ekkehard Bolte
Copyright-Jahr
2018
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Buch
Elektrische Maschinen

Print ISBN: 978-3-662-54687-1

Electronic ISBN: 978-3-662-54688-8

Copyright-Jahr: 2018

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-54688-8_6