Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Modellierung einer linearen Induktionsmaschine. Nach einer kurzen Einleitungen und einigen Hinweisen zu den mathematischen Grundlagen, wie sie im Weiteren vorausgesetzt werden, folgt die Herleitung der Modellgleichungen. Für die sich anschließenden Aussagen über die Stabilität einer stationären Lösung werden die erhaltenen Gleichungen linearisiert. Schließlich soll an kurzen Fallbeispielen gezeigt werden, wie das Modell numerisch ausgewertet werden kann.

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.

Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Modellierung einer linearen Induktionsmaschine. Nach einer kurzen Einleitungen und einigen Hinweisen zu den mathematischen Grundlagen, wie sie im Weiteren vorausgesetzt werden, folgt die Herleitung der Modellgleichungen. Für die sich anschließenden Aussagen über die Stabilität einer stationären Lösung werden die erhaltenen Gleichungen linearisiert. Schließlich soll an kurzen Fallbeispielen gezeigt werden, wie das Modell numerisch ausgewertet werden kann.

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.

Für ereignisgesteuerte Systeme mit mehrdimensionalen Bewegungsabläufen wurde im Fachausschuss 4.12 "Bewegungssteuerungen für Be- und Verarbeitungsmaschinen" der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) die VDI/VDE-Richtlinie 3684 "Beschreibung ereignisgesteuerter Bewegungsabläufe mit Funktionsplänen" als interdisziplinär verständliches und anschauliches Dokumentationsmittel und Entwurfswerkzeug erarbeitet. Mit der Blockbibliothek Funktionsplan auf Grundlage der in der Richtlinie 3684 vorgeschlagenen Systembeschreibung ist ein durchgängiger Entwurfsweg bis zur Überprüfung des Systemverhaltens ereignisgesteuerter Systeme mittels Simulation einschließlich frühzeitiger Erkennung von Fehlern im Entwurfsprozess und Kodegenerierung möglich. Die FUP Blockbibliothek liegt als Erweiterungs-Blockbibliothek für SIMULINK vor und wurde hinsichtlich ihrer wesentlichen Eigenschaften zur Simulation von ereignisgesteuerten Prozessen speziell in mechatronischen Systemen entwickelt. Die Blockikonen gewährleisten schon nach kurzer Einarbeitungszeit einen sicheren Einsatz der Blöcke, damit kann auf Blockkürzel im Sinne der Richtlinie zwecks besserer Übersichtlichkeit verzichtet werden. Zweisprachige Blockhilfen sind in Version 3.1 für alle Blöcke on-line verfügbar. Graphisch programmierte Funktionspläne können mittels Toolbox Funktionsplanprüfung vorzugsweise über GUI, bei Bedarf auch durch MATLAB Skripte, auf Eingabe- und Programmierfehler geprüft werden. Die Prüfung kann wahlweise vollständig oder auf ausgewählte Fehler erfolgen. Ergebnisausgaben sind entweder in gestraffter Form oder ausführlich einschließlich von Hinweisen möglich. Überprüft werden können Parameter (z.B. Zustands- u. FUP-Nummern, Variablen, Fehlerbehandlung), Syntax (vgl. Richtlinie), Sackgassen (erste/alle) und Rückführschleifen (Entkopplung). Hybride Funktionspläne sind in Echtzeitkode für eine Zielhardware übersetzbar. Voraussetzung ist ein Standard ANSI C Compiler. Die Blockbibliothek Funktionsplan ist eine kostengünstige, richtliniennahe Alternative und ermöglicht eine vom Normalablauf separate, graphisch programmierte Fehlerbehandlung ohne Verlust an Übersichtlichkeit. Die Anwendung der Blöcke wird durch 11 Beispiele veranschaulicht. / The department committee 4.12 "Motion control of machine tools and processing machines" of the VDI/VDE Society for Measurement and Automatic Control (GMA) has established a manufacturer-neutral guideline No. 3684 for event-driven systems with multi-dimensional motion sequences. This guide-line is entitled "Description of event-driven motion processes by function charts" and constitutes a graphically clear design and documentation tool that is well-suited for interdisciplinary application. The block library Function Chart has been defined based on system descriptions suggested in guideline 3684. This library makes available a uniform design procedure. It covers the documentation, the behaviour test of event-driven systems by means of simulation including the early detection of design process faults, the test of realization variants as well as the code generation. Block library Function Chart is an add-on library for SIMULINK. With regard to its essential features it has been developed for the design, simulation, code generation and the description of event-driven systems especially for mechatronics, mechanical and electrical engineering. The created block icons make it possible to get familiar with add-on library Function Chart within a short period of time whereupon block mnemonics may be hidden in order to get a high graphical clearness and to fulfil the requirements of the guideline. Versions 3.1 bilingual on-line block help is available for all blocks. Graphically programmed function charts may be checked for input and programming errors preferably with help of Toolbox "Function Chart Check" by means of GUI's and if necessary also by MATLAB scripts. The check may be done completely or alternatively for selected errors. Output of result is possible either in detail inclusively eventual hints or in shortened form. A function chart may be checked for parameter errors (e.g. state and FUP numbers, variables, error handling), syntax errors (see guideline), dead ends (first or all) and uncoupled loops (arithmetic loops). Standard ANSI C compiler availability stands for a precondition for real time code generation. The block library Function Chart offers a reasonable alternative and allows separate motion error handling sequences which are separated from normal motion sequences without any loss of a well-ordered graphical arrangement. Currently 11 examples demonstrate the application of the blocks.

Für ereignisgesteuerte Systeme mit mehrdimensionalen Bewegungsabläufen wurde im Fachausschuss 4.12 "Bewegungssteuerungen für Be- und Verarbeitungsmaschinen" der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) die VDI/VDE-Richtlinie 3684 "Beschreibung ereignisgesteuerter Bewegungsabläufe mit Funktionsplänen" als interdisziplinär verständliches und anschauliches Dokumentationsmittel und Entwurfswerkzeug erarbeitet. Mit der Blockbibliothek Funktionsplan auf Grundlage der in der Richtlinie 3684 vorgeschlagenen Systembeschreibung ist ein durchgängiger Entwurfsweg bis zur Überprüfung des Systemverhaltens ereignisgesteuerter Systeme mittels Simulation einschließlich frühzeitiger Erkennung von Fehlern im Entwurfsprozess und Kodegenerierung möglich. Die FUP Blockbibliothek liegt als Erweiterungs-Blockbibliothek für SIMULINK vor und wurde hinsichtlich ihrer wesentlichen Eigenschaften zur Simulation von ereignisgesteuerten Prozessen speziell in mechatronischen Systemen entwickelt. Die Blockikonen gewährleisten schon nach kurzer Einarbeitungszeit einen sicheren Einsatz der Blöcke, damit kann auf Blockkürzel im Sinne der Richtlinie zwecks besserer Übersichtlichkeit verzichtet werden. Zweisprachige Blockhilfen sind in Version 3.1 für alle Blöcke on-line verfügbar. Graphisch programmierte Funktionspläne können mittels Toolbox Funktionsplanprüfung vorzugsweise über GUI, bei Bedarf auch durch MATLAB Skripte, auf Eingabe- und Programmierfehler geprüft werden. Die Prüfung kann wahlweise vollständig oder auf ausgewählte Fehler erfolgen. Ergebnisausgaben sind entweder in gestraffter Form oder ausführlich einschließlich von Hinweisen möglich. Überprüft werden können Parameter (z.B. Zustands- u. FUP-Nummern, Variablen, Fehlerbehandlung), Syntax (vgl. Richtlinie), Sackgassen (erste/alle) und Rückführschleifen (Entkopplung). Hybride Funktionspläne sind in Echtzeitkode für eine Zielhardware übersetzbar. Voraussetzung ist ein Standard ANSI C Compiler. Die Blockbibliothek Funktionsplan ist eine kostengünstige, richtliniennahe Alternative und ermöglicht eine vom Normalablauf separate, graphisch programmierte Fehlerbehandlung ohne Verlust an Übersichtlichkeit. Die Anwendung der Blöcke wird durch 11 Beispiele veranschaulicht.:1. Einleitung 2. Ausgangspunkt Arbeitsdiagramm 3. Hybrider Funktionsplan 3.1 Begriffsbestimmung 3.2 Anwendungsbeispiel 3.3 Vom Arbeitsdiagramm zum Hybriden Funktionsplan 4. Steuerungstechnische Umsetzung 4.1 Auswahl einer Basissoftware 4.2 Maschinenkodeerzeugung mit der Basissoftware 5. Projektierung mit FUP 5.1 Eigenschaften der SIMULINK Blockbibliothek FUP 5.2 Projektierungsschritte 6. Ausblick / The department committee 4.12 "Motion control of machine tools and processing machines" of the VDI/VDE Society for Measurement and Automatic Control (GMA) has established a manufacturer-neutral guideline No. 3684 for event-driven systems with multi-dimensional motion sequences. This guide-line is entitled "Description of event-driven motion processes by function charts" and constitutes a graphically clear design and documentation tool that is well-suited for interdisciplinary application. The block library Function Chart has been defined based on system descriptions suggested in guideline 3684. This library makes available a uniform design procedure. It covers the documentation, the behaviour test of event-driven systems by means of simulation including the early detection of design process faults, the test of realization variants as well as the code generation. Block library Function Chart is an add-on library for SIMULINK. With regard to its essential features it has been developed for the design, simulation, code generation and the description of event-driven systems especially for mechatronics, mechanical and electrical engineering. The created block icons make it possible to get familiar with add-on library Function Chart within a short period of time whereupon block mnemonics may be hidden in order to get a high graphical clearness and to fulfil the requirements of the guideline. Versions 3.1 bilingual on-line block help is available for all blocks. Graphically programmed function charts may be checked for input and programming errors preferably with help of Toolbox "Function Chart Check" by means of GUI's and if necessary also by MATLAB scripts. The check may be done completely or alternatively for selected errors. Output of result is possible either in detail inclusively eventual hints or in shortened form. A function chart may be checked for parameter errors (e.g. state and FUP numbers, variables, error handling), syntax errors (see guideline), dead ends (first or all) and uncoupled loops (arithmetic loops). Standard ANSI C compiler availability stands for a precondition for real time code generation. The block library Function Chart offers a reasonable alternative and allows separate motion error handling sequences which are separated from normal motion sequences without any loss of a well-ordered graphical arrangement. Currently 11 examples demonstrate the application of the blocks.:1. Einleitung 2. Ausgangspunkt Arbeitsdiagramm 3. Hybrider Funktionsplan 3.1 Begriffsbestimmung 3.2 Anwendungsbeispiel 3.3 Vom Arbeitsdiagramm zum Hybriden Funktionsplan 4. Steuerungstechnische Umsetzung 4.1 Auswahl einer Basissoftware 4.2 Maschinenkodeerzeugung mit der Basissoftware 5. Projektierung mit FUP 5.1 Eigenschaften der SIMULINK Blockbibliothek FUP 5.2 Projektierungsschritte 6. Ausblick