Diese Arbeit beschäftigt sich damit, wie die Feldschwächekennlinie vorgegeben werden muss, damit das Wirkungsgradkennfeld der Asynchronmaschine das bestmögliche Verhalten im eingeschwungen Zustand aufzeigt unter der Bedingung von Spannungs- und Strombegrenzung und einer nicht linearen Hauptfeldinduktivität. Ebenso wird aufgezeigt, wie eine Asynchronmaschine zu modellieren ist und wie die Strom- und Drehzahlregelung im zeitkontinuierlichen sowie im zeitdiskreten auszulegen ist. Der reale Regler werden zeitdiskret ausgelegt.
Beim Betrieb der Asynchronmaschine mit konstanter Flussamplitude steigt mit zunehmender Drehzahl die erforderliche Statorspannung an. Aufgrund der vom Frequenzumrichter beschränkten Spannungs- und Stromamplitude sind Drehzahl und Drehmoment begrenzt. Um die Drehzahl weiter zu steigern, ist es notwendig, den Fluss abzuschwächen. Wie der Magnetisierungsstrom optimal für ein bestmögliches Wirkungsgradkennfeld gesteuert werden kann, wurde in dieser Arbeit unter Berücksichtigung einer nicht-linearen Hauptfeldinduktivität und den Beschränkungen des Frequenzumrichters untersucht.
Verwendet wurde hierfür das in der Literatur bekannte konventionelle Verfahren, bei dem der Magnetisierungsstrom ab Erreichen der Eckdrehzahl proportional zur Inversen der Drehzahl abgesenkt wird.
In der Literatur wird jedoch der Magnetisierungsstrom sowie die Eckdrehzahl für die genannten Berücksichtigungen nicht konkret vorgegeben. Üblich ist es, den Wert des Bemessungsstroms der Maschine als Magnetisierungsstrom festzulegen und die Eckdrehzahl nach Herstellerangaben der Asynchronmaschine auszuwählen. Dieses Verfahren führt jedoch zu unzufriedenstellenden Ergebnissen und einem schlechten Wirkungsgradkennfeld. In dieser Arbeit wurden daher Matlab-Programme entworfen, die die oben genannten Berücksichtigungen beachten, um den optimalen Magnetisierungsstrom und die geeignete Eckdrehzahl für das beste Wirkungsgradkennfeld zu berechnen. Dieses einfach anwendbare Verfahren wird in dieser Arbeit vorgestellt. Für die Untersuchung wurde eine 5,5 kW Asynchronmaschine mit Käfigläufer und ein Frequenzumrichter mit einer Ausgangsspannung von 560 V und einer Strombegrenzung von 28,28 A verwendet.
Inhaltsverzeichnis
- Abstract
- Symbolverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Theoretische Grundlagen
- 2.1 Aufbau und Funktionsweise der Asynchronmaschine
- 2.2 Das Drehmoment der Asynchronmaschine
- 2.3 Elektrische Leistung und Wirkungsgrad
- 2.4 Feldorientierte Regelung der Asynchronmaschine
- 2.4.1 Statorflussorientierung
- 2.4.2 Rotorflussorientierung
- 2.5 Berechnung der Feldgrößen
- 2.6 Ermittlung der Eckdrehzahl
- 3 Untersuchung des Wirkungsgradkennfeldes
- 3.1 Das Modell der Asynchronmaschine
- 3.2 Simulation des Wirkungsgradkennfeldes
- 3.3 Bestimmung des optimalen Magnetisierungsstroms
- 4 Experimentelle Validierung
- 4.1 Aufbau des Versuchsstandes
- 4.2 Messung des Wirkungsgradkennfeldes
- 4.3 Vergleich der Ergebnisse
- 5 Zusammenfassung und Ausblick
- Literaturverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Optimierung des Wirkungsgradkennfeldes einer Asynchronmaschine im Betrieb mit feldorientierter Regelung. Ziel ist es, durch die gezielte Anpassung des Magnetisierungsstroms die Effizienz des Antriebssystems zu maximieren und gleichzeitig die Drehzahl- und Drehmomentbereiche zu erweitern. Die Arbeit untersucht die Auswirkungen der Magnetisierungsstromänderung auf das Wirkungsgradkennfeld unter Berücksichtigung der nicht-linearen Hauptfeldinduktivität und der Begrenzungen des Frequenzumrichters.
- Optimierung des Wirkungsgradkennfeldes einer Asynchronmaschine
- Einfluss des Magnetisierungsstroms auf den Wirkungsgrad
- Feldorientierte Regelung und ihre Anwendung auf Asynchronmaschinen
- Untersuchung der nicht-linearen Hauptfeldinduktivität
- Experimentelle Validierung der Simulationsergebnisse
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Einleitung – Einleitung in das Thema, Beschreibung der Problemstellung und Zielsetzung der Arbeit.
- Kapitel 2: Theoretische Grundlagen – Überblick über die Funktionsweise und die Eigenschaften der Asynchronmaschine, Erläuterung der feldorientierten Regelung und der Berechnung der relevanten Feldgrößen.
- Kapitel 3: Untersuchung des Wirkungsgradkennfeldes – Detaillierte Analyse der Auswirkungen des Magnetisierungsstroms auf das Wirkungsgradkennfeld der Asynchronmaschine, Entwicklung eines Simulationsmodells zur Bestimmung des optimalen Magnetisierungsstroms.
- Kapitel 4: Experimentelle Validierung – Beschreibung des Versuchsaufbaus zur Messung des Wirkungsgradkennfeldes, Vergleich der Simulationsergebnisse mit den experimentell gewonnenen Daten.
Schlüsselwörter
Asynchronmaschine, Feldorientierte Regelung, Wirkungsgradkennfeld, Magnetisierungsstrom, Eckdrehzahl, Nicht-lineare Hauptfeldinduktivität, Frequenzumrichter, Simulation, Experimentelle Validierung
- Quote paper
- Ersan Ibrahimi (Author), 2023, Wirkungsgradkennfeld für unterschiedliche Magnetisierungsströme zur feldorientierten Regelung einer Asynchronmaschine, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1330386
