Der vorliegende Beitrag soll einen bewertenden Überblick über ausgewählte energieoptimale Regelungsstrategien für Asynchronmaschinen (ASM) geben . Diese werden zunächst in einer Simulationsumgebung implementiert und parametrisiert. Es erfolgt die Untersuchung beim Abfahren eines Fahrzyklus, sowie an einzelnen Lastpunkten. Die Resultate werden anhand ihrer Robustheit, der Praktikabilität des Regelverfahrens und nicht zuletzt am Energiesparpotential bewertet. Im ersten Teil wird die Struktur sowie Modellierung der zum Test der Regelungsalgorithmen verwendeten Komponenten vorgestellt. Auch werden die Regelungsstrategien an sich in Struktur und Funktion näher beleuchtet. Die Parametrisierung der entsprechenden Modelle erfolgt aus realen Prüfstandsdaten. Im zweiten Teil wird näher auf die zur späteren Bewertung verwendeten Verlustleistungsberechnung eingegangen. Der dritte Teil beschäftigt sich mit der Darstellung des zur Simulation verwendeten Lastzyklus. Zuletzt werden die Ergebnisse der Simulation vorgestellt und bewertet. / The present article is intended to provide an evaluative overview of four selected energy-optimized control strategies for asynchronous machines (ASM). These are first implemented and parameterized in a simulation environment. The investigation is carried out when running a driving cycle and at individual load points. The results are assessed on the basis of their robustness, practicability and, last but not least, their energy saving potential. In the first part, the structure and modeling of the components used to test the control algorithms is presented. The control strategies themselves are also examined in more detail in terms of structure and function. The corresponding models are parameterized from real test bench data. The second part deals in more detail with the power loss calculation used for the subsequent evaluation. The third deals with the representation of the load cycle used for the simulation. Finally, the results of the simulation are presented and evaluated.

In diesem Beitrag wird das transiente thermische Verhalten eines asynchronen Traktionsmotors mittels eines Wärmequellennetzwerkes beschrieben. Anhand dieses Ansatzes gelingt es, Erwärmungsläufe für Nennbetriebsarten sowie für Lastzyklen unter Berücksichtigung von Umrichterverlusten und temperaturabhängigen Stromwärmeverlusten innerhalb des Entwurfsprozesses zu ermitteln. / The transient thermal behavior of an asynchronous traction motor is described through a thermal equivalent circuit in this paper. With this method it is possible to calculate the temperature rise for several duty types or load cycles within the design process under consideration of the converter losses and the temperature depending resistive losses.

Die Dissertation stellt Regelverfahren für die Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer und die doppeltgespeiste Asynchronmaschine vor, die Torsionsschwingungen im Antriebsstrang über einen Eingriff am Luftspaltmoment dämpfen und ohne Sensoren für die Drehzahl, den Drehwinkel und das Drehmoment arbeiten. Alle für die Regelverfahren benötigten Zustandsgrößen der Asynchronmaschine und des mechanischen Systems werden mit Beobachtern aus den gemessenen Spannungs- und Stromkomponenten geschätzt. Die Qualität der geschätzten Zustandsgrößen wird mit Gütekriterien bewertet und kann als durchweg gut bezeichnet werden. Die Regelverfahren werden bei der praktischen Erprobung mit Gütekriterien bezüglich der stationären Genauigkeit und im dynamischen Betrieb bezüglich der Schädigung und der Dynamik untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass die vorgestellten Maßnahmen zur Torsionsschwingungsdämpfung die Schädigung deutlich reduzieren. Die Ergebnisse zeigen zudem, dass bei Verwendung geschätzter statt gemessener Zustandsgrößen für die Regelverfahren kaum Einbußen bezüglich der stationären Genauigkeit, der Dynamik und der Reduzierung der Schädigung entstehen. Für das Regelverfahren der doppeltgespeisten Asynchronmaschine wird simulativ nachgewiesen, dass dieses auch beim Netzspannungseinbruch stabil arbeitet.

Die Dissertation stellt Regelverfahren für die Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer und die doppeltgespeiste Asynchronmaschine vor, die Torsionsschwingungen im Antriebsstrang über einen Eingriff am Luftspaltmoment dämpfen und ohne Sensoren für die Drehzahl, den Drehwinkel und das Drehmoment arbeiten. Alle für die Regelverfahren benötigten Zustandsgrößen der Asynchronmaschine und des mechanischen Systems werden mit Beobachtern aus den gemessenen Spannungs- und Stromkomponenten geschätzt. Die Qualität der geschätzten Zustandsgrößen wird mit Gütekriterien bewertet und kann als durchweg gut bezeichnet werden. Die Regelverfahren werden bei der praktischen Erprobung mit Gütekriterien bezüglich der stationären Genauigkeit und im dynamischen Betrieb bezüglich der Schädigung und der Dynamik untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass die vorgestellten Maßnahmen zur Torsionsschwingungsdämpfung die Schädigung deutlich reduzieren. Die Ergebnisse zeigen zudem, dass bei Verwendung geschätzter statt gemessener Zustandsgrößen für die Regelverfahren kaum Einbußen bezüglich der stationären Genauigkeit, der Dynamik und der Reduzierung der Schädigung entstehen. Für das Regelverfahren der doppeltgespeisten Asynchronmaschine wird simulativ nachgewiesen, dass dieses auch beim Netzspannungseinbruch stabil arbeitet.

Zugl.: Bremen, Universiẗat, Diss.

Zugl.: Cottbus, Techn. University, Diss., 2001.

Zugl.: Bremen, Universiẗat, Diss.

Zugl.: Wuppertal, Univ., Diss., 2008

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung zweier interaktiver Apps mithilfe Matlab App Designer. Die Apps „Die verteilte Drehstromwicklung 1.0“ und „Die Stromortskurve 1.0“ beschreiben wichtige Aspekte des Aufbaus und der Funktionsweise der Drehstrommaschinen. In der jeweiligen Bedienoberfläche kann der Anwendende mithilfe von Schaltern, Drehknöpfen und Checkboxen Einstellungen vornehmen. Daraufhin findet im Quellcode im Hintergrund ein komplexes Berechnungsverfahren statt und infolge werden grafische Darstellungen in der Oberfläche ausgegeben. Diese beschreiben komplexe physikalische Ereignisse in der Maschine entsprechend der eingestellten Parameter. Die Apps wurden für den Einsatz in der Lehre entwickelt. Das Ziel der Apps ist es, den Anwendenden durch eine interaktive Lernoberfläche die komplexe Funktionsweise der Maschine zu veranschaulichen. Theoretische Lerninhalte können mit ihnen visualisiert und besser verstanden werden. Die Apps sind intuitiv aufgebaut und einfach zu bedienen.:1. Einleitung 2. Die verteilte Drehstromwicklung 1.0 2.1 Die Oberfläche der App 2.2 Die Funktionsweise der App 2.3 Interpretation der Ergebnisse 3. Die Stromortskurve 1.0 3.1 Die Stromortskurve der Drehstromasynchronmaschine 3.1.1 Die Oberfläche der App 3.1.2 Die Funktionsweise der App 3.1.3 Interpretation der Ergebnisse 3.2 Die Stromortskurve der Drehstromsynchronmaschine 3.2.1 Die Oberfläche der App 3.2.2 Die Funktionsweise der App 3.2.3 Interpretation der Ergebnisse 4. Zusammenfassung 5. Anhang

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit modernen geregelten Niederspannungsdrehstromantrieben. Es wird insbesondere auf das Problem der Stromverdrängung bei Maschinen mittlerer bis großer Leistung eingegangen. Für hohe Frequenzen in Verbindung mit hohen Ständernuten kommt es dabei zu einer gravierenden Erhöhung der Ständerwicklungsverluste infolge der Stromverdrängung. Diese führt sowohl zu einem starken Anstieg der mittleren Erwärmung der Maschine als auch zu Heißpunkten in der Ständerwicklung. Aufgrund ihres Einsatzes als Prüfstandsmotor werden moderne geregelt betriebene Induktionsmotoren gezielt zu Drehschwingungen angeregt. Eine ähnliche Problematik findet man in abgwandelter Form auch bei Maschinen der Querschneiderindustrie, welche Spielzeiten im zehntel Sekundenbereich aufweisen. Bei diesen Induktionsmaschinen kommt es aufgrund der zyklischen Drehmomentänderung zu einem Stromverdrängungseffekt in den Stäben des Kurzschlusskäfigs. Es entsteht damit eine zusätzliche Verlustquelle, die wesentlich zur Erwärmung des Läufers beiträgt. Nach dem heutigen Stand der Wissenschaft geht man bei der Stromregelung von einem Trägheitsverhalten 1.Ordnung für die Übertragungsfunktion der Induktionsmaschine aus. Die vorliegende Arbeit erweitert dieses Modell unter Berücksichtigung der Läuferstromverdrängung. / This study focuses on modern controlled low voltage three phase machines, especially, on the problem of the skin effect in machines of middle and high power range. Due to the skin effect, a severe increase of the dissipation power of the slot windings can be observed for high frequencies with deep slots. This causes a sharp rise of the temperature of the machine as well as hot spots in the stator winding. As a result of its use as test bench applications, modern controlled induction machines are purposefully stimulated for torsional vibration. A similar difficulty can be found in machines for the cross cutter industry, which can be applied in the tenth part of a second, for instance. Because of the cyclical change of the torque in these induction machines, a skin effect results in the bars of the squirrel-cage. Here, an additional source of dissipation, which adds considerably to the heating of the rotor, emerges. Following the state of today’s science, at the current control loop an PT1-element can be assumed for the transfer function of induction machines. This study expands the model with regard to the rotor skin effect.