Zugl.: Bremen, University, Diss., 2006.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007

Elektronen- und Positronenstrahlen mit niedrigsten Emittanzen und hohen Strömen werden in zukünftigen Linearbeschleunigern, wie zum Beispiel dem Compact Linear Collider (CLIC), benötigt, um die geforderte Leuchtkraft für physikalische Experimente bereit zu stellen. Diese Strahlen können in Dämpfungsringen, ausgestattet mit starken, supraleitenden Dämpfungswigglermagneten, erzeugt werden. In dieser Arbeit sind Designkonzepte verschiedener supraleitender Dämpfungswigglermagnete entwickelt worden. Testspulen sowie Modelle sind gebaut und getestet, elektrische Verbindungstechniken entwickelt worden. Eine Wärmelastrechnung für den Betrieb in Dämpfungsringen und ein Designkonzept für den kryogenen Betrieb bei 4.2 K ist erstellt worden. Es konnte theoretisch und experimentell gezeigt werden, dass supraleitende Dämpfungswigglermagnete mit Nb-Ti und Nb3Sn Niedertemperatursupraleitern die magnetischen, mechanischen, elektrischen und thermischen Anforderungen erfüllen und in Dämpfungsringen betrieben werden können.

Elektronen- und Positronenstrahlen mit niedrigsten Emittanzen und hohen Strömen werden in zukünftigen Linearbeschleunigern, wie zum Beispiel dem Compact Linear Collider (CLIC), benötigt, um die geforderte Leuchtkraft für physikalische Experimente bereit zu stellen. Diese Strahlen können in Dämpfungsringen, ausgestattet mit starken, supraleitenden Dämpfungswigglermagneten, erzeugt werden. In dieser Arbeit sind Designkonzepte verschiedener supraleitender Dämpfungswigglermagnete entwickelt worden. Testspulen sowie Modelle sind gebaut und getestet, elektrische Verbindungstechniken entwickelt worden. Eine Wärmelastrechnung für den Betrieb in Dämpfungsringen und ein Designkonzept für den kryogenen Betrieb bei 4.2 K ist erstellt worden. Es konnte theoretisch und experimentell gezeigt werden, dass supraleitende Dämpfungswigglermagnete mit Nb-Ti und Nb3Sn Niedertemperatursupraleitern die magnetischen, mechanischen, elektrischen und thermischen Anforderungen erfüllen und in Dämpfungsringen betrieben werden können.

Infolge der verschiedenen besonderen Effekte von asynchronen Linearmotoren wurde bei Modellierung dieser Motoren die meiste Aufmerksamkeit dem Aufbau von anspruchsvollen Feldmodellen zur Beschreibung ihrer physikalischen Vorgänge geschenkt. Auf die Umwandlung des anspruchsvollen Feldmodells auf ein ingenieurfreundliches Ersatzschaltbild wird aber nicht vertieft eingegangen, insbesondere wenn die unsymmetrischen Wicklungen der Linearmotoren mit berücksichtigt werden. Dies ist ein Grund dafür, dass die asynchronen Linearmotoren nicht weit verbreitet sind, auch wenn sie über ein großes Wachstumspotenzial im Linearantriebsmarkt verfügen. In den ersten Jahren des neuen Jahrhunderts sind Motoren mit konzentrierten Wicklungen dank ihrer hoch automatisierten Wickelverfahren zunehmend auf dem Markt vertreten. Bei der Modellierung der asynchronen Linearmotoren mit diesen Wicklungen muss man deshalb den damit verbundenen relativ hohen Gehalt an harmonischen Feldern berücksichtigen. Aus diesen Gründen wird in der vorliegenden Arbeit eine praktische Methodik zur Modellierung der asynchronen Linearmotoren entwickelt, wobei die Umwandlung des Feldmodells auf ein Ersatzschaltbild eine eingehende Behandlung findet. Die entwickelte Methodik kann nicht nur von den unsymmetrischen Wicklungen der Linearmotoren sondern auch von dem relativ hohen Gehalt an harmonischen Feldern bei Ausführung der Statorwicklung in konzentrierten Wicklungen handeln. In der Methodik wird ein Begriff des Leiterbelages aus dem klassischen Begriff des Strombelages abgeleitet und seine theoretischen Grundlagen entwickelt. Während der Strombelag nur den Stromeinprägungszustand elektrischer Maschinen beschreibt, kann der Leiterbelag die wesentlichen Eigenschaften der Wicklungen elektrischer Maschinen beschreiben. Damit können die Berechnung der Selbst- und Gegeninduktionsimpedanzen der Wicklungen und die Umwandlung des Feldmodells auf das Ersatzschaltbild systematisiert werden, insbesondere wenn es sich um die unsymmetrischen Wicklungen handelt. Bei symmetrischen Wicklungen ist nur ein symmetrisches Ersatzschaltbild zur Strom- und Kraftberechnung der Linearmotoren notwendig. Bei unsymmetrischen Wicklungen muss man aber ein unsymmetrisches Ersatzschaltbild für die Stromberechnung aufbauen, während für die Kraftberechnung jeweils ein symmetrisches Ersatzschaltbild für das Mit- und Gegenstromsystem verwendet werden. Zur messtechnischen Bestätigung von den in dieser Arbeit entwickelten Ersatzschaltbildern werden ein Linearmotor mit verteilten Wicklungen und ein Linearmotor mit konzentrierten Wicklungen eingesetzt. Dabei werden die Statoren in unterschiedlichen Luftspaltlängen ausgeführt und die Läufer mit unterschiedlichen Materialien und Dicken verwendet. Insbesondere werden die Linearmotoren mit konzentrierten Wicklungen in unterschiedlichen Polpaarzahlen ausgeführt und mit Spannungssystemen von verschiedenen Frequenzen versorgt.