Die Synchron-Reluktanzmaschine hat in den vergangenen Jahren in der Industrie und Forschung immer stärker an Bedeutung gewonnen. Zu den theoretischen Grundlagen der Maschine ist in der Literatur gegenwärtig jedoch nur wenig zu finden. In der vorliegenden Arbeit wurde eine M3AL~132~SME~4 der Firma ABB theoretisch und experimentell untersucht. Zusätzlich wurde sie mit einer Asynchronmaschine verglichen.
Die theoretischen Untersuchungen wurden mittels Modellierung der Maschine via Finiten Elementen im 2D-Model durchgeführt. Die Messungen aller relevanten Kennlinien wurden im festgebremsten Zustand der Maschine realisiert. Es konnte gezeigt werden, dass die analytischen Berechnungsmodelle schon unterhalb des Nennbetriebes an Bedeutung verlieren und nummerische Feldberechnungsmethoden notwendig werden, um das Betriebsverhalten der Synchron-Reluktanzmaschine abzubilden.
Im Vergleich mit der Asynchronmaschine kann sich die Synchron-Reluktanzmaschine behaupten. Es hat sich jedoch herauskristallisiert, dass die Geometrie des Patentes US5818140 die ursprünglichen Nachteile der Maschine nicht komplett beheben kann, sodass die Synchron-Reluktanzmaschine am breiten Markt der Asynchronmaschine noch keine Konkurrenz macht.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Theorie der elektrischen Maschinen
- 2.1 Magnetischer Kreis und Theorie der Reluktanzkraft
- 2.2 Finite Elemente Analyse
- 2.3 Arbeitsweise Elektrischer Maschinen
- 2.3.1 Drehfeld
- 2.3.2 Asynchronmaschine
- 2.3.3 Synchronmaschine
- 2.4 Reluktanzmaschine
- 2.4.1 Geschaltete Reluktanzmaschine
- 2.4.2 Synchron-Reluktanzmaschine
- 3 Drehmoment und Induktivität der Synchron-Reluktanzmaschine
- 3.1 Drehmomentbildung
- 3.2 Stranginduktivität
- 4 Simulation und Messung
- 4.1 Simulationsaufbau
- 4.1.1 Drehmomentsimulation in Abhängigkeit des Drehwinkels und des Strangstroms
- 4.1.2 Induktivitätssimulation in Abhängigkeit des Drehwinkels und des Strangstroms
- 4.2 Messaufbau
- 4.2.1 Messung und Messschaltung für das Drehmoment
- 4.2.2 Messung und Messschaltung für die Stranginduktivität
- 5 Auswertung
- 5.1 Drehmomentauswertung
- 5.2 Induktivitätsauswertung
- 6 Vergleich der Synchron-Reluktanzmaschine mit einem IE2 Motor gleicher Leistung
- 7 Diskussion und Fazit
- 7.1 Diskussion der Mess- und Simulationsergebnisse
- 7.2 Fazit zu den Mess- und Simulationsergebnissen
- 7.3 Diskussion zur Vergleichsbetrachtung
- 7.4 Fazit zur Vergleichsbetrachtung
- 7.5 Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Arbeit untersucht theoretisch und experimentell eine Synchron-Reluktanzmaschine (SRM) des Typs M3AL 132 SME 4 von ABB und vergleicht sie mit einer Asynchronmaschine. Ziel ist es, das Betriebsverhalten der SRM zu analysieren, die Grenzen analytischer Berechnungsmodelle aufzuzeigen und die Eignung der Maschine im Vergleich zu etablierten Technologien zu bewerten.
- Theoretische Modellierung und Simulation der SRM mittels Finite-Elemente-Methode
- Experimentelle Untersuchung der relevanten Kennlinien (Drehmoment, Induktivität)
- Vergleich der SRM mit einer Asynchronmaschine hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Eignung
- Analyse der Stärken und Schwächen der SRM-Geometrie basierend auf Patent US5818140
- Bewertung der Anwendbarkeit der SRM im industriellen Kontext
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel führt in die Thematik der Synchron-Reluktanzmaschine ein und begründet die Notwendigkeit der Untersuchung. Es hebt die Bedeutung der SRM im industriellen Kontext hervor und skizziert den Aufbau der Arbeit.
2 Theorie der elektrischen Maschinen: Dieser Abschnitt liefert die theoretischen Grundlagen für das Verständnis der Funktionsweise von elektrischen Maschinen, insbesondere der SRM. Es werden der magnetische Kreis, die Reluktanzkraft, die Finite-Elemente-Methode, sowie die Arbeitsweise von Asynchron- und Synchronmaschinen detailliert erklärt. Besonderes Augenmerk liegt auf der Beschreibung der SRM und ihren verschiedenen Varianten, einschließlich der geschalteten Reluktanzmaschine und der Synchron-Reluktanzmaschine. Das Kapitel legt den theoretischen Rahmen für die späteren experimentellen und simulativen Untersuchungen.
3 Drehmoment und Induktivität der Synchron-Reluktanzmaschine: In diesem Kapitel werden die zentralen Aspekte der Drehmomentbildung und der Stranginduktivität der Synchron-Reluktanzmaschine behandelt. Es werden die physikalischen Zusammenhänge erläutert, welche die Entstehung des Drehmoments und die Abhängigkeit der Induktivität vom Rotorwinkel beeinflussen. Diese grundlegenden Prinzipien sind essenziell für das Verständnis der später präsentierten Simulations- und Messergebnisse.
4 Simulation und Messung: Dieses Kapitel beschreibt den Aufbau der Simulation und der Messungen. Es werden detailliert die Simulationsmodelle und die verwendeten Messmethoden zur Bestimmung des Drehmoments und der Stranginduktivität erläutert. Die Beschreibung des Messaufbaus ist wichtig für die Nachvollziehbarkeit und die Bewertung der Genauigkeit der experimentellen Ergebnisse.
5 Auswertung: Hier werden die Ergebnisse der Simulationen und Messungen ausgewertet und interpretiert. Die Auswertung umfasst sowohl die Analyse der Drehmoment- als auch der Induktivitätscharakteristik der SRM. Es werden Vergleiche zwischen Simulations- und Messergebnissen gezogen und etwaige Abweichungen diskutiert.
6 Vergleich der Synchron-Reluktanzmaschine mit einem IE2 Motor gleicher Leistung: In diesem Kapitel wird ein detaillierter Vergleich der untersuchten SRM mit einem IE2-Motor gleicher Leistung durchgeführt. Dieser Vergleich ermöglicht eine umfassende Bewertung der relativen Stärken und Schwächen der SRM im Vergleich zu etablierten Asynchronmaschinen-Technologien. Anhand konkreter Daten wird die Wettbewerbsfähigkeit der SRM beurteilt.
Schlüsselwörter
Synchron-Reluktanzmaschine, Asynchronmaschine, Finite-Elemente-Methode, Drehmoment, Induktivität, Simulationsmodell, Messtechnik, Patent US5818140, IE2-Motor, Feldberechnung
Häufig gestellte Fragen zum Dokument: Analyse einer Synchron-Reluktanzmaschine
Was ist der Gegenstand dieser Arbeit?
Diese Arbeit untersucht theoretisch und experimentell eine Synchron-Reluktanzmaschine (SRM) des Typs M3AL 132 SME 4 von ABB und vergleicht sie mit einer Asynchronmaschine. Ziel ist die Analyse des Betriebsverhaltens der SRM, die Aufdeckung von Grenzen analytischer Berechnungsmodelle und die Bewertung der Eignung der Maschine im Vergleich zu etablierten Technologien.
Welche Themen werden behandelt?
Die Arbeit umfasst die theoretische Modellierung und Simulation der SRM mittels Finite-Elemente-Methode, die experimentelle Untersuchung von Drehmoment und Induktivität, einen Vergleich der SRM mit einer Asynchronmaschine, die Analyse der SRM-Geometrie basierend auf Patent US5818140 und die Bewertung der Anwendbarkeit der SRM im industriellen Kontext.
Welche Kapitel beinhaltet das Dokument?
Das Dokument gliedert sich in folgende Kapitel: Einleitung, Theorie der elektrischen Maschinen (inklusive magnetischer Kreis, Reluktanzkraft, Finite-Elemente-Analyse, Asynchron- und Synchronmaschinen), Drehmoment und Induktivität der SRM, Simulation und Messung (inkl. detaillierter Beschreibung der Aufbauten), Auswertung der Simulations- und Messergebnisse, Vergleich der SRM mit einem IE2 Motor, Diskussion und Fazit (inkl. Ausblick).
Wie wird die SRM im Detail untersucht?
Die Untersuchung beinhaltet die detaillierte Analyse der Drehmomentbildung und Stranginduktivität der SRM. Es werden Simulationsmodelle und Messmethoden zur Bestimmung dieser Parameter erläutert und die Ergebnisse verglichen und interpretiert. Ein besonderer Fokus liegt auf dem Vergleich mit einem IE2 Motor gleicher Leistung.
Welche Methoden werden verwendet?
Es werden sowohl Simulationsmethoden (Finite-Elemente-Methode) als auch experimentelle Messungen verwendet, um das Drehmoment und die Induktivität der SRM zu bestimmen. Die Ergebnisse beider Methoden werden verglichen und diskutiert.
Welche Ergebnisse werden präsentiert?
Die Arbeit präsentiert die Ergebnisse der Simulationen und Messungen von Drehmoment und Induktivität der SRM. Diese Ergebnisse werden ausgewertet und im Vergleich zu einem IE2 Motor diskutiert, um die Stärken und Schwächen der SRM aufzuzeigen.
Welche Schlussfolgerungen werden gezogen?
Das Fazit fasst die Ergebnisse der Messungen und Simulationen zusammen und bewertet die Eignung der SRM im Vergleich zu etablierten Technologien. Es beinhaltet eine Diskussion der Ergebnisse und einen Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit?
Schlüsselwörter sind: Synchron-Reluktanzmaschine, Asynchronmaschine, Finite-Elemente-Methode, Drehmoment, Induktivität, Simulationsmodell, Messtechnik, Patent US5818140, IE2-Motor, Feldberechnung.
Für wen ist dieses Dokument relevant?
Dieses Dokument ist relevant für Wissenschaftler, Ingenieure und Studenten, die sich mit elektrischen Maschinen, insbesondere Synchron-Reluktanzmaschinen, befassen. Es bietet detaillierte Einblicke in die Theorie, Simulation und experimentelle Untersuchung dieser Maschinen.
- Arbeit zitieren
- Andreas Dietrich (Autor:in), 2015, Theoretische und experimentelle Untersuchung einer Synchronreluktanzmaschine, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/353088
