Einleitend werden die Grundlagen Geschalteter Reluktanzmaschinen behandelt und mathematische Modelle zur Berechnung des Betriebsverhaltens dargestellt. Zunächst erlaubt ein einfaches analytisches Modell die magnetische Feldverteilung im Wickelkopfraum ungesättigter Maschinen mit kleinem Luftspalt zu berechnen. Die Ergebnisse werden mit Messungen und FE-Analysen verglichen und zeigen gute Übereinstimmung. Im weiteren wird ein analytisches Verfahren zur Berechnung der Induktivität der Wickelkopfspulen vorgestellt. Für fehlerredundante Geschaltete Reluktanzantriebe werden mechanische, elektronische und regelungstechnische Maßnahmen erläutert, die der Verminderung von Netzrückwirkungen Geschalteter Reluktanzantriebe dienen, wie sie gerade in Netzen niedriger Impedanz (z.B. Bordnetze von Kraft- oder Luftfahrzeugen) auftreten können. Eine einfache, kostengünstige Vorsteuerung des Ausschaltwinkels, mit der Zwischenkreisspannung als Eingangsgröße, erweist sich als effektiv, so lange eine moderate Drehmomentwelligkeit hinnehmbar ist. Vollständige Fehlerredundanz kann bezüglich der elektrischen Maschine erreicht werden, entweder durch Installation einer zweiten Maschine oder durch eine Maschine mit zwei voneinander unabhängige Wicklungssystemen. Eine analytische Methode zur Abschätzung von Gesamtlänge und Volumen dieser beiden Maschinentopologien erweist die zweitgenannte Maschinentopologie als raumökonomischer. Für eine konkrete Applikation, einen Elektromechanischen Aktuator (EMA), werden alternative, Fehlerredundanz bietende Maschinenkonfigurationen als Antrieb untersucht. Im Gegensatz zu den vorangehenden theoretischen Betrachtung vereint ein Ansatz mit zwei einfachen Maschinen auf einer gemeinsamen Welle die meisten Vorzüge auf sich. Der Vergleich geschalteter Reluktanzantriebe mit Antrieben mit permanentmagneterregten Maschinen (PM-Maschinen) anhand von drei Applikationen zeigt, dass PM-Maschinen grundsätzlich eine höhere Leistungsdichte und meist auch bessere Wirkungsgrade bieten als Geschaltete Reluktanzmaschinen. Da Geschaltete Reluktanzmaschinen bei Auftreten jedwedes der möglichen Wicklungsfehler kein Bremsmoment erzeugen und nicht zum Blockieren neigen, eignen sich diese für sicherheitskritische Anwendungen.
Redundanzkonzepte für geschaltete Reluktanzantriebe
2006
243 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
Aktuator , Betriebsverhalten , Blockierung , Bordnetz , Bremsmoment , Drehmoment , Elektroantrieb , Fehlertoleranz , Feldverteilung , Finite-Elemente-Methode , Induktivität , Leistungsdichte , Luftfahrzeug , Luftspalt , magnetischer Kreis , magnetisches Feld , mathematisches Modell , Netzrückwirkung , permanentmagneterregter Elektromotor , Redundanz , Reluktanzmotor , Sicherheitsmaßnahme , Störverhalten , Theorie-Experiment-Vergleich , Umrichter , Welligkeit , Wickelgeometrie , Wickelkopf , Wirkungsgrad , Zwischenkreis