Entwicklung und Konstruktion einer umrichtergespeisten magnetgelagerten Permanentmagnet-Synchronmaschine für 40kW, 40000 /min:
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Aachen
Shaker
2008
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| adam_text | ENTWICKLUNG UND KONSTRUKTION EINER UMRICHTERGESPEISTEN MAGNETGELAGERTEN
PERMANENTMAGNET - SYNCHRONMASCHINE FUER 40KW / 40000 /MIN DEM FACHBEREICH
18 ELEKTROTECHNIK UND INFORMATIONSTECHNIK DER TECHNISCHEN UNIVERSITAET
DARMSTADT ZUR ERLANGUNG DER WUERDE EINES DOKTOR-INGENIEURS (DR.-ING.)
VORGELEGTE DISSERTATION MARKUS KLOHR DIPL.-ING. GEBOREN AM -14-05-1971-
IN -HEIDELBERG- REFERENT: - PROF. DR.-ING. HABIL ANDREAS BINDER -
KORREFERENT: - PROF. DR.-ING. WOLF-RUEDIGER CANDERS * TAG DER
EINREICHUNG: -09-10-2006- TAG DER MUENDLICHEN PRUEFUNG: - 19-04-2007 - D17
DARMSTAEDTER DISSERTATION INHALTSVERZEICHNIS IX INHALTSVERZEICHNIS
FORMELZEICHEN XIII 1 HOCHDREHZAHLANTRIEBE 1 1.1 EIGENSCHAFTEN UND
ENTWICKLUNGSTENDENZEN 1 1.2 BAUFORMEN VON HOCHDREHZAHLANTRIEBEN 2 1.3
ZIEL DER ARBEIT 3 2 PERMANENTMAGNETERREGTER SYNCHRONMOTOR 5 2.1
RANDBEDINGUNGEN DES ENTWURFS 5 2.2 AUSWAHL DER MAGNETMATERIALIEN 6 2.3
MAGNETISCHER KREIS 8 2.3.1 ANALYTISCHE BERECHNUNG 8 2.3.2 BERECHNUNG DER
LUFTSPALTFLUSSDICHTE MIT HILFE DER FINITEN ELEMENTE 14 2.3.3 KORREKTUR
DER ANALYTISCHEN BERECHNUNG ~ 17 2.4 BERECHNUNG DER MOTORPARAMETER 18
2.4.1 BERECHNUNG DES WICKLUNGSWIDERSTANDS 19 2.4.2 BERECHNUNG DER
INDUKTIVITAETEN 19 2.4.3 VERGLEICH DER BERECHNUNGSERGEBNISSE MIT DEN
GEMESSENEN WERTEN 22 2.5 MOTORAUSLEGUNG MIT HILFE VON ERSATZSCHALTBILDES
UND ZEIGERDIAGRAMM .... 24 2.6 ANALYTISCHE BERECHNUNG DER VERLUSTE 27
2.6.1 VERLUSTE IN DER STAENDERWICKLUNG 27 2.6.2 UMMAGNETISIERUNGSVERLUSTE
32 2.6.3 LUFTREIBUNGSVERLUSTE 35 2.6.4 ZUSATZVERLUSTE IM ROTOR 41 2.6.5
ZUSAMMENFASSUNG DER VERLUSTBERECHNUNG 44 3 MAGNETLAGER 49 3.1 TECHNISCHE
DATEN UND SYSTEMBESCHREIBUNG DER MAGNETLAGER 49 3.1.1 POSITIONSERFASSUNG
DES ROTORS ... 51 3.1.2 SIGNALFILTERUNG 54 3.1.3 REGELUNG DER
MAGNETLAGER 56 3.1.4 STROMSTELLER 58 3.2 KENNWERTE DER VERWENDETEN
RADIAL-MAGNETLAGER 59 3.3 ANALYTISCHE BERECHNUNG DER MAGNETLAGERVERLUSTE
63 3.3.1 STROMWAERMEVERLUSTE IM MAGNETLAGERSTATOR 63 3.3.2
UMMAGNETISIERUNGSVERLUSTE IM MAGNETLAGERSTATOR 64 3.3.3
UMMAGNETISIERUNGSVERLUSTE IM MAGNETLAGERROTOR 65 3.3.4
OBERFLAECHENVERLUSTE IN DEN MAGNETLAGERROTOREN .. 70 3.3.5
ZUSAMMENFASSUNG DER VERLUSTBERECHNUNG IM MAGNETLAGERROTOR 71 3.4
UEBERLEGUNGEN ZU VERSCHIEDENEN REGELKONZEPTEN 73 3.4.1 ROTORMODELL 73
3.4.2 LAGERMODELL 76 3.4.3 STELLERMODELL 78 INHALTSVERZEICHNIS 3.4.4
ANALOGE UND DIGITALE PID-REGELUNG 79 3.4.5 VERGLEICH DER ANALOGEN UND
DIGITALEN PID-REGELUNG 79 4 BERECHNUNG DER MECHANISCHEN
ROTOREIGENFREQUENZEN 83 4.1 ELASTISCHES VERHALTEN DES ROTORS 83 4.2
EIGENFREQUENZBERECHNUNG DES MAGNETGELAGERTEN ROTORS M2 84 4.3 VERGLEICH
RECHNUNG - MESSUNGEN DER EIGENFREQUENZEN FUER ROTOR M2 88 5
FESTIGKEITSBERECHNUNG 91 5.1 MAGNETLAGERROTOREN UND MESSSPUR 91 5.2
MECHANISCHE AUSLEGUNG DER BANDAGE 96 5.2.1 MATERIALAUSWAHL UND
BELASTUNGSGRENZEN 97 5.2.2 ANALYTISCHE BERECHNUNG DER BANDAGE 100 5.2.3
TECHNISCHE AUSFUEHRUNG DER BANDAGE FUER MOTOR ML 105 5.2.4 VERSAGEN DER
BANDAGE DES MOTOR ML 106 5.3 SCHADENSANALYSE DER BANDAGE ML 106 5.3.1
OPTISCHE BEGUTACHTUNG 106 5.3.2 FEHLERANALYSE .TT 108 5.3.3 MODIFIZIERTE
ANALYTISCHE BERECHNUNG DER BANDAGENFESTIGKEIT 113 5.3.4 MECHANISCHE
SPANNUNGSBERECHNUNG MIT HILFE DER FINITEN ELEMENTE 118 5.4 MODIFIZIERTES
DESIGN BANDAGE UND ROTOR M2 121 5.4.1 TECHNISCHE AUSFUEHRUNG VON ROTOR M2
121 5.4.2 BERECHNUNG DER MECHANISCHEN BELASTUNG DER BANDAGE M2 123 6
KONSTRUKTION DER PROTOTYPANTRIEBE ML UND M2 125 6.1 GEHAEUSE MIT
KABELFUEHRUNG UND WASSERMANTELKUEHLUNG 125 6.1.1 KABELFUEHRUNG DURCH
EINGEFRAESTE NUTEN (VARIANTE 1) 126 6.1.2 HERSTELLUNG DER KANAELE DURCH
STOSSEN (VARIANTE 2) 128 6.2 AUSFUEHRUNG UND MONTAGE DER STATOREN ML UND
M2 129 6.3 FERTIGUNG DER ROTOREN ML UNDM2 : 130 6.4 WUCHTUNG DER BEIDEN
ROTOREN 134 6.5 STATOR UND GEHAEUSE VOR DER MONTAGE 135 6.6 GESAMTANSICHT
DER BEIDEN MOTOREN ...-; 137 7 BESCHREIBUNG DES VERSUCHSAUFBAUS 139 7.1
VERSUCHSANORDNUNG 139 7.2 PWM - UMRICHTERSPEISUNG 140 7.3
POLRADLAGEGEBER 141 7.4 TEMPERATURERFASSUNG 142 7.5 SICHERHEITSKONZEPT
DER PROTOTYPANTRIEBE 144 7.6 BETRIEBSERFAHRUNGEN UND PROBLEME MIT DEM
PRUEFSTAND 145 8 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN AM PROTOTYP M2 .?. 150 8.1
MESSUNG DER POLRADSPANNUNG U P 150 8.2 MESSUNG DER LEERLAUFVERLUSTE 152
8.2.1 BESTIMMUNG DER LEERLAUFVERLUSTE AUS DEM AUSLAUFVERSUCH 152 8.2.2
BESTIMMUNG DER LEERLAUFVERLUSTE IM MOTORBETRIEB 156 INHALTSVERZEICHNIS
XI 8.2.3 MESSUNG DER WICKLUNGSERWAERMUNG IM MOTORISCHEN LEERLAUF 157 8.3
MESSUNGEN UNTER LAST 158 8.3.1 MESSUNG DER LEISTUNGSBILANZ UNTER LAST
158 8.3.2 MESSUNG DER WICKLUNGSERWAERMUNG UNTER LAST 161 8.3.3
BOHRUNGSFELDMESSUNG ZUR BESTIMMUNG DER STROMRICHTERABHAENGIGEN
ZUSATZVERLUSTE 163 8.4 VERGLEICH DER MESSERGEBNISSE MIT DEN BERECHNETEN
WERTEN 166 8.4.1 STROM-DREHMOMENT KENNLINIE 166 8.4.2 VERGLEICH DER
BERECHNETEN UND GEMESSENEN VERLUSTE IM LEERLAUF.... 168 8.4.3 VERGLEICH
DER BERECHNETEN UND GEMESSENEN VERLUSTE UNTER LAST 168 8.5 THERMISCHE
OPTIMIERUNG DES ANTRIEBS M2 172 8.5.1 BERECHNUNG DER
WICKLUNGSUEBERTEMPERATUR 172 8.5.2 BERECHNUNG DER THERMISCHEN
GRENZLEISTUNG 175 8.5.3 POTENZIALE ZUR ERHOEHUNG DER GRENZLEISTUNG DES
ANTRIEBS 178 8.6 MESSUNG DER POSITIONSSIGNALE DER WELLE 179 9
ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 182 9.1 ZUSAMMENFASSUNG _. 182 9.2 AUSBLICK
183 10 LITERATURVERZEICHNIS 184 ANHANG AL PARAMETE R DES MOTORS UND DER
MAGNETLAGER 194 ANHANG A2 GEMESSENE STROMSPEKTREN ZU DEN LASTPUNKTEN FUER
ANTRIEB M2 196 ANHANG A3 GEGENUEBERSTELLUNG DER BERECHNETEN UND
GEMESSENEN EINZELVERLUSTE FUER DEN MOTOR M2 203 ANHANG A4 MESSWERTE DER
LASTPUNKTE UND LEERLAUFPUNKTE 207 ANHANG A5 GEMESSENE TEMPERATURVERLAEUFE
BEIM ANTRIEB M2 210 ANHANG A6 MATRIZEN DES MAGNETLAGERMODELLS UND DER
KOORDINATENTRANSFORMA- TIONEN ; .: 214 LEBENSLAUF
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