Dissertation Hartmann

Ziel der hier vorliegenden Arbeit ist die Erstellung eines analytischen Verfahrens zur Bestimmung des Betriebsverhaltens von kleinen fremderregten Synchronmaschinen, welche mit einem Frequenzumrichter betrieben werden. Im analytischen Motormodell werden alle auftretenden Oberwellen bis auf Sättigungsoberwellen im Luftspaltfeld berücksichtigt. Durch die Speisung mit einem Umrichter auftretende Oberschwingungen im Spannungssystem können ebenfalls im analytischen Modell der fremderregten Synchronmaschine betrachtet werden.

Ausgehend von einem Ansatz mit einem eindimensionalen Luftspaltfeld werden die Parameter der Synchronmaschine modelliert. Der Einfluss der Variation des Luftspaltleitwertes aufgrund der Nutung des Ständers und den Pollücken des Läufers wird mithilfe von relativen Leitwertsfunktionen berücksichtigt. Zur Bestimmung der Parameter der relativen Leitwertsfunktionen können analytische und numerische Methoden verwendet werden. Hierzu werden entsprechende Verfahren in der Arbeit vorgestellt. Die Sättigung des Eisens wird mithilfe eines mittleren Sättigungsleitwerts berücksichtigt, welcher lediglich aus der Leerlaufsättigungskurve bestimmt wird. Für sinus- bzw. blockförmige Ströme ergeben sich verschiedene Schaltzustände innerhalb des Umrichters. Für jeden dieser Schaltzustände können entsprechende Spannungsgleichungen abgeleitet werden. Die Schalterelemente werden ideal betrachtet.

Ein weiterer Schwerpunkt der Untersuchung dieser Arbeit war der systematische Entwurf und die Analyse von Bruchlochwicklungen. Insbesondere der einschichtigen, verteilten Bruchlochwicklung wird eine besondere Aufmerksamkeit gewidmet.

Zur Validierung und Verifikation stehen drei verschiedene Validierungsmuster gleicher Baugröße, aber mit unterschiedlicher Ausgestaltung zur Verfügung. Mit den dargestellten Ansätzen lässt sich innerhalb einer relativ kurzen Zeit das Betriebsverhalten der Umrichter gespeisten fremderregten Synchronmaschine bestimmen. Die größten Abweichungen liegen zwischen dem analytischen Modell und numerischer Simulation bzw. Messung im Mittel bei etwa 7%.