tp2_Gjonaj

TP 2-Gjonaj

Erweiterte Transmission-Line Modelle für elektrische Antriebe mit Multi-Rate Zeitintegration

Betreuer PD. Dr.rer.nat habil Erion Gjonaj

Bearbeiter Dipl.-Ing. Hai Van Jorks

PD. Dr. rer.nat. habil. Erion Gjonaj
PD. Dr. rer.nat. habil. Erion Gjonaj

Dipl.-Ing. Hai Van Jorks
Dipl.-Ing. Hai Van Jorks

Moderne Frequenzumrichter erzeugen Gleichtaktspannungen an den Klemmen des Motors, die wiederum hochfrequente Common Mode Ströme antreiben. Der frequenzabhängige Common Mode Widerstand der Induktionsmaschine muss genauer untersucht werden um seinen Einfluss auf die parasitären Lagerströme zu klären. Zu diesem Zweck wird ein dreiphasiger 240 kW Induktionsmotor mit Hilfe der Transmission Line Theorie analysiert. Die Ausbreitung der hochfrequenten magnetischen Felder im gesamten Motor kann mit Hilfe von Feldsimulationen untersucht werden. 2D Finite Elemente Simulationen sind ein sehr effizientes Werkzeug, um die Transmission Line Parameter des Maschinenmodells zu bestimmen. Bei Frequenzen ab 1 kHz gewinnen allerdings Wirbelströme in den Eisenblechen an Bedeutung. Diese können in der 2D Formulierung nicht direkt modelliert werden. In der Literatur findet man verschiedene Ansätze, die Wirbelstromeffekte in den Blechen auf effektive Materialparameter zurückzuführen (Homogenisierung). Diese Methoden müssen hinsichtlich ihrer Handhabbarkeit und Genauigkeit im gewünschten Frequenzbereich untersucht werden. Eine 3D Simulation des Motors soll es schließlich ermöglichen, die tatsächliche Wirbelstromverteilung in den Blechen erstmals zu modellieren. Darüber hinaus müssen die Wicklungsköpfe in den zu berechnenden Common Mode Widerstand einbezogen werden. Hierzu sind ebenfalls 3D Modelle notwendig, die zur Simulation mit dem periodischen Mittelteil der Maschine gekoppelt werden können. Aus diesem Grund soll im Projekt ein 3D-FEM Code mit hoher Ordnung Ansatzfunktionen implementiert werden. Massiv parallele Simulationen mit diesem Code sollen die Extraktion eines Netzwerkmodells für die Gesamtmaschine im hochfrequenten Bereich ermöglichen.

Nichtlineare Effekte, wie die Magnetisierung der Blechpakete, die Spannungsbegrenzung in den Wicklungen durch den Einsatz von Mikrovaristormaterialien sowie der Einfluss lokaler Erwärmungen sollen in der Untersuchung ebenfalls berücksichtigt werden. Diese beeinflussen den Common Mode Widerstand und damit das Propagationsverhalten der höherfrequenten parasitären Lagerströme. Modelle reduzierter Ordnung zur Beschreibung dieser Effekte werden im Teilprojekt TP-6 (Weiland) entwickelt. Unter Verwendung dieser Modelle können nichtlinear-gekoppelte Zeitbereichssimulationen zur Ausbreitung hochfrequenter Felder mit einer zeitabhängigen Widerstandscharakteristik durchgeführt werden. Aufgrund der sehr unterschiedlichen Zeitkonstanten ist hierfür der Einsatz spezieller Zeitintegrationsverfahren notwendig. Die Implementierung eines geeigneten Zeitintegrationsverfahrens mit Multiraten-Auflösung für Transmission Line-Simulationen ist ein weiteres Ziel des Teilprojektes.

Vergleich des berechneten und gemessen Common Mode Eingangswiderstands des 240 kW Motors. 2D-Planarsymmetrie wurde in der Simulation angenommen.
Vergleich des berechneten und gemessen Common Mode Eingangswiderstands des 240 kW Motors. 2D-Planarsymmetrie wurde in der Simulation angenommen.
Vergleich des berechneten und gemessen Common Mode Eingangswiderstands des 240 kW Motors. 2D-Planarsymmetrie wurde in der Simulation angenommen.
Vergleich des berechneten und gemessen Common Mode Eingangswiderstands des 240 kW Motors. 2D-Planarsymmetrie wurde in der Simulation angenommen.