Im Rahmen meiner Abschlussarbeit wurde ein Motorberechnungsprogramm bestehend aus mehreren Funktionen in MATLAB erstellt.
Mit dem gewonnenen Wicklungseditor, der neben der automatischen Maschinenwicklung auch alle wichtigen Parameter (Strom, Momentane Amplitude, Windungszahl, Position) für jede einzelne Nut in einer Matrix speichert und ausgibt, hat man zusätzlich die Möglichkeit, eine Änderung oder Fehlersimulation von einem oder mehreren Parametern in einer beliebiger Nut durchzuführen. Die neue Matrix mit der durchgeführten Änderung wird ebenfalls gespeichert, was für die weiteren Berechnungen von großer Bedeutung ist.
Ausgehend vom Strombelag einer Nut, der mit der komplexen Fourier-Reihe beschrieben wird, wird der gesamte Strombelag von den Nuten 1... N1 durch Addition der einzelnen Nutstrombeläge gebildet.
Diese Art des Berechnungsverfahrens ermöglicht die Nachvollziehbarkeit und Veranschaulichung der Auswirkungen bei Veränderung einzelner Parameter oder Fehlersimulation in einer beliebiger Nut, was mit der symmetrischen Berechnung durch die Strang- und Wicklungsfaktoren schwierig war.
Für die Berechnung der Durchflutung aus dem Strombelag wurde die eindimensionale Betrachtung zu Grunde gelegt. Die Integration des Strombelags vereinfacht sich im Falle der komplexen Fourier-Reihen zu einer Multiplikation jeder Oberwelle mit dem Faktor 1/(j.η ), was sich programmtechnisch einfach umsetzen ließ.
Für die Berechnung des magnetischen Leitwerts bei doppelseitiger Nutung wurden drei M-Programme entwickelt. Dadurch ergibt sich das B-Feld (magnetische Flussdichte), das aus der Multiplikation von Durchflutung und Leitwertverteilung errechnet wird.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 2. Erstellung eines Wicklungseditors
- 2.1 Allgemeines zum algebraischen Wicklungsentwurf
- 2.2 Der Entwurf von Zweischichtwicklungen
- 2.3 Der Entwurf von Einschichtwicklungen
- 3. Strombelag
- 3.1 Fourier-Reihe
- 3.1.1 Sinus und Kosinus-Form der Fourier-Reihe
- 3.1.2 Komplexe Fourier-Reihen
- 3.1.3 Integration und Differentiation von komplexen Fourier-Reihen
- 3.1.4 Verschiebung von komplexen Fourier-Reihen
- 3.2 Strombelag in einer Nut
- 3.3 Der gesamte Strombelag
- 3.3.1 Einschichtwicklung
- 3.3.2 Zweischichtwicklung
- 3.4 Ermittlung der komplexen Fourier-Koeffizienten des Strombelags
- 4. Durchflutung
- 4.1 Definition
- 4.2 Die Durchflutung ohne Fehlersimulation
- 4.3 Die Durchflutung nach einer Fehlersimulation
- 5. Leitwertverteilung
- 5.1 Carterfaktor
- 5.2 Leitwertverteilung im Stator
- 5.3 Leitwertverteilung im Rotor
- 5.4 Die gesamte Leitwertverteilung
- 6. Die magnetische Flussdichte
- 6.1 Definition
- 6.2 Das B-Feld ohne Fehlersimulation
- 6.3 Das B-Feld nach einer Fehlersimulation
- 6.4 Plausibilitätsberechnung
- 7. Zusammenfassung
- 7.1 Fazit
- 7.2 Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Zielsetzung dieser Abschlussarbeit ist die Erstellung eines Motorberechnungsprogramms in MATLAB. Das Programm soll die Berechnung verschiedener Parameter von Elektromotoren ermöglichen und so zur Optimierung der Energieeffizienz beitragen.
- Entwicklung eines Wicklungseditors für verschiedene Wicklungstypen
- Berechnung des Strombelags mithilfe der Fourier-Reihe
- Bestimmung der Durchflutung und Leitwertverteilung
- Berechnung der magnetischen Flussdichte
- Implementierung von Fehlersimulationen
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Die Einleitung erläutert die Bedeutung der Energieeffizienzsteigerung bei Elektromotoren und ihren Einfluss auf den globalen Energieverbrauch. Sie verdeutlicht den hohen Energiebedarf der Industrie und den Anteil elektrischer Antriebe daran, basierend auf Daten des BWK-Energiefachmagazins. Die Einleitung begründet somit die Relevanz der Arbeit und den Fokus auf die Optimierung von Elektromotoren.
2. Erstellung eines Wicklungseditors: Dieses Kapitel beschreibt die Entwicklung eines Editors zur Gestaltung von Elektromotorwicklungen. Es behandelt sowohl den Entwurf von Zweischicht- als auch Einschichtwicklungen, legt die Grundlagen für die spätere Berechnung des Strombelags und bildet die Basis für die Funktionalität des gesamten MATLAB-Programms. Die genaue Beschreibung des algebraischen Wicklungsentwurfs ist hier zentral.
3. Strombelag: Dieses Kapitel konzentriert sich auf die Berechnung des Strombelags, eines wichtigen Parameters für die Bestimmung des Magnetfeldes im Motor. Es nutzt die Fourier-Reihe zur Darstellung des Strombelags und erläutert detailliert die Anwendung von Sinus-, Kosinus- und komplexen Fourier-Reihen. Die Berechnung des gesamten Strombelags wird sowohl für Einschicht- als auch für Zweischichtwicklungen behandelt, und die Ermittlung der komplexen Fourier-Koeffizienten wird ausführlich beschrieben. Der Schwerpunkt liegt auf der mathematischen Modellierung und der präzisen Berechnung.
4. Durchflutung: Dieses Kapitel definiert und berechnet die Durchflutung des Motors, sowohl unter normalen Bedingungen als auch unter Berücksichtigung von simulierten Fehlern. Die Definition der Durchflutung bildet die Grundlage für die folgenden Berechnungen. Die Unterscheidung zwischen der Durchflutung ohne und mit Fehlersimulation unterstreicht die Robustheit des entwickelten Programms.
5. Leitwertverteilung: Hier wird die Leitwertverteilung im Stator und Rotor des Motors berechnet, wobei der Carterfaktor eine wichtige Rolle spielt. Die Berechnung der gesamten Leitwertverteilung ist entscheidend für die genaue Modellierung des Magnetfelds und berücksichtigt die geometrischen Eigenschaften des Motors.
6. Die magnetische Flussdichte: In diesem Kapitel wird die magnetische Flussdichte (B-Feld) berechnet, sowohl unter idealen Bedingungen als auch unter Berücksichtigung von Fehlern. Die Plausibilitätsberechnung am Ende des Kapitels dient der Validierung der Ergebnisse und der Qualitätssicherung des entwickelten Programms.
Schlüsselwörter
Strombelag, Leitwert, MATLAB, magnetische Flussdichte, Fourier-Reihe, Wicklungsentwurf, Fehlersimulation, Energieeffizienz, Elektromotor.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Abschlussarbeit: Erstellung eines Motorberechnungsprogramms in MATLAB
Was ist das Thema der Abschlussarbeit?
Die Abschlussarbeit befasst sich mit der Erstellung eines Motorberechnungsprogramms in MATLAB zur Optimierung der Energieeffizienz von Elektromotoren. Das Programm berechnet verschiedene Parameter und simuliert Fehler.
Welche Inhalte werden in der Arbeit behandelt?
Die Arbeit umfasst die Entwicklung eines Wicklungseditors für verschiedene Wicklungstypen (Ein- und Zweischichtwicklungen), die Berechnung des Strombelags mittels Fourier-Reihen (inklusive Sinus-, Kosinus- und komplexer Reihen), die Bestimmung der Durchflutung und Leitwertverteilung (unter Berücksichtigung des Carterfaktors), die Berechnung der magnetischen Flussdichte (B-Feld) und die Implementierung von Fehlersimulationen.
Welche Kapitel umfasst die Arbeit?
Die Arbeit gliedert sich in sieben Kapitel: Einleitung, Erstellung eines Wicklungseditors, Strombelag, Durchflutung, Leitwertverteilung, Die magnetische Flussdichte und Zusammenfassung mit Fazit und Ausblick. Jedes Kapitel behandelt einen spezifischen Aspekt der Motorberechnung.
Wie wird der Strombelag berechnet?
Der Strombelag wird mithilfe der Fourier-Reihe berechnet. Die Arbeit erläutert detailliert die Anwendung von Sinus-, Kosinus- und komplexen Fourier-Reihen sowie die Berechnung des gesamten Strombelags für Ein- und Zweischichtwicklungen. Die Ermittlung der komplexen Fourier-Koeffizienten wird ebenfalls ausführlich beschrieben.
Welche Rolle spielt die Fehlersimulation?
Die Fehlersimulation spielt eine wichtige Rolle zur Überprüfung der Robustheit des entwickelten Programms. Die Durchflutung und die magnetische Flussdichte werden sowohl ohne als auch mit Fehlersimulation berechnet, um die Auswirkungen von Fehlern auf die Motorparameter zu analysieren.
Was ist die Zielsetzung der Arbeit?
Die Zielsetzung ist die Entwicklung eines MATLAB-Programms zur Berechnung verschiedener Parameter von Elektromotoren, um die Energieeffizienz zu optimieren. Das Programm soll einen Wicklungseditor, Berechnungen des Strombelags, der Durchflutung, der Leitwertverteilung und der magnetischen Flussdichte sowie Fehlersimulationen ermöglichen.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit?
Schlüsselwörter sind: Strombelag, Leitwert, MATLAB, magnetische Flussdichte, Fourier-Reihe, Wicklungsentwurf, Fehlersimulation, Energieeffizienz, Elektromotor.
Wie wird der Wicklungsentwurf behandelt?
Die Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Editors zur Gestaltung von Elektromotorwicklungen. Es wird sowohl der Entwurf von Zweischicht- als auch Einschichtwicklungen behandelt, basierend auf dem algebraischen Wicklungsentwurf. Dies bildet die Grundlage für die Berechnung des Strombelags und die Funktionalität des MATLAB-Programms.
Welche Bedeutung hat der Carterfaktor?
Der Carterfaktor spielt eine wichtige Rolle bei der Berechnung der Leitwertverteilung im Stator und Rotor. Er berücksichtigt die geometrischen Eigenschaften des Motors und ist entscheidend für eine genaue Modellierung des Magnetfelds.
Wie wird die Validierung der Ergebnisse sichergestellt?
Die Validierung der Ergebnisse wird durch eine Plausibilitätsberechnung der magnetischen Flussdichte am Ende des entsprechenden Kapitels sichergestellt. Dies dient der Qualitätssicherung des entwickelten Programms.
- Arbeit zitieren
- Youness Belhemlaj (Autor:in), 2012, Erstellung eines Motorberechnungsprogramms in MATLAB, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/202687
