Kurzfassung ................................................... iii
Abstract ........................................................ v
1 Einleitung ................................................. 1
1.1 Gegenstand der Arbeit ...................................... 3
1.2 Motivation und Zielsetzung ................................. 4
1.3 Strukturelles Vorgehen ..................................... 7
1.4 Inhalt und Gliederung ...................................... 9
2 Stand der Technik ......................................... 11
2.1 Fremderregte Motortopologien .............................. 11
2.2 Systemansätze zur Speisung des Rotors ..................... 13
2.2.1 Rotorspeisung mittels Schleifringen und Bürsten .... 16
2.2.2 Bürstenlose Rotorspeisung mittels Erregermaschine .. 17
2.2.3 Bürstenlose NF-Rotorspeisung ....................... 18
2.2.4 Bürstenlose elektronische HF-Rotorspeisung ......... 18
3 Ableitung einer BERS-Entwicklungsmethode .................. 21
3.1 BERS-Systemübersicht ...................................... 22
3.1.1 Steuerungseinheiten und Leistungsfluss ............. 22
3.1.2 Geometrische Anordnung ............................. 24
3.2 Klassifizierung der BERS-Abstraktionsebenen ............... 24
3.2.1 Rotationstransformatoren zur Rotorspeisung ......... 25
3.2.2 Leistungselektronische Baugruppen .................. 34
3.3 Darstellung der Entwicklungsmethode ....................... 45
3.3.1 Systemkonzeption ................................... 46
3.3.2 Definition der Gütekriterien und Randbedingungen ... 47
3.3.3 Modellbildung und Systemcharakteristik ............. 50
3.3.4 Multikriterielle Optimierungsroutine ............... 54
3.3.5 Ergebnisdarstellung und Systemsimulation ........... 56
3.4 Implementierung der Entwicklungsmethode ................... 59
3.4.1 Implementierung der Optimierungroutine ............. 59
3.4.2 Umsetzung in Programmumgebung ...................... 61
4 Modellbildung der Rotorspeisung ........................... 65
4.1 Modellbildung Rotationstransformator ...................... 66
4.1.1 Generisches Geometriemodell ........................ 66
4.1.2 Berechnung des magnetischen Kreises ................ 68
4.1.3 Verluste induktiver Bauelemente .................... 75
4.1.4 Thermisches Modell des Rotationstransformators ..... 85
4.2 Modellierung parasitärer Integrationseffekte .............. 92
4.2.1 Komplexe Reluktanzen der Motorbaugruppen ........... 94
4.2.2 Ersatzschaltbild mit parasitären
Integrationseffekten ............................... 97
4.3 Modellbildung der Leistungselektronik .................... 101
4.3.1 Statorseitige Leistungselektronik ................. 101
4.3.2 Rotorseitige Leistungselektronik .................. 106
4.3.3 Kompensationsnetzwerk ............................. 110
4.4 Stationäres Simulationsmodell ............................ 112
5 Anwendung der Entwicklungsmethode ........................ 117
5.1 Zielapplikation und BERS-Grobkonzept ..................... 117
5.2 Anwendungsbeispiel 1: Externes Systemkonzept ............. 120
5.2.1 Darstellung des externen Systemkonzepts ........... 120
5.2.2 Formulierung der Optimierungsaufgabe .............. 121
5.2.3 Baugruppenmodellierung ............................ 124
5.2.4 Multikriterielle Optimierung ...................... 125
5.2.5 Ergebnisdarstellung und Systemsimulation .......... 126
5.3 Anwendungsbeispiel 2: Internes Systemkonzept ............. 142
5.3.1 Darstellung des internen Systemkonzepts ........... 142
5.3.2 Formulierung der Optimierungsaufgabe .............. 143
5.3.3 Baugruppenmodellierung ............................ 145
5.3.4 Multikriterielle Optimierung ...................... 145
5.3.5 Ergebnisdarstellung und Systemsimulation .......... 146
6 Experimentelle Analyse ................................... 153
6.1 Stationäre Vergleichsmessungen ........................... 153
6.1.1 Vergleichsmessung am externen
Rotationstransformator ............................ 154
6.1.2 Validierung des Modells der parasitären
Integrationseffekte ............................... 160
6.1.3 Übertragungsverhalten mit Kompensation ............ 165
6.1.4 BERS-Systemverhalten mit Leistungselektronik ...... 169
6.2 Versuche auf rotierendem Prüfstand ....................... 177
6.2.1 Konstruktive Integration und Prototypenbau ........ 177
6.2.2 Prüfstandsumgebung des rotierenden
Versuchsaufbaus ................................... 185
6.2.3 Vermessung des stationären Betriebsverhaltens ..... 186
6.2.4 Vermessung des transienten Betriebsverhaltens ..... 194
7 Diskussion und Schlussfolgerung .......................... 195
7.1 Vergleich der Systemansätze .............................. 195
7.2 Fazit der vorliegenden Arbeit ............................ 200
7.3 Ausblick auf weiterführende Arbeiten ..................... 202
A Anhang ................................................... 203
A.l Widerstandsmessung an Topfkernproben ..................... 203
A.2 Bestimmung der Kernverlustkoeffizienten .................. 204
A.3 Konstruktionszeichnungen ................................. 206
A.4 Schaltpläne .............................................. 208
Formelzeichen ................................................. 211
Abbildungsverzeichnis ......................................... 217
Tabellenverzeichnis ........................................... 220
Literaturverzeichnis .......................................... 235
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