Harmonisch-Erregte Synchronmaschine
Im Traktionsbereich kommt ein weiter Bereich an Maschinentopologien vor, von Asynchronmaschinen (z.B. Tesla X90D) bis zu bürstenlosen Gleichstrommaschinen und Reluktanzmaschinen (z.B. E-Fahrräder, Flughafen Cruiser), permanenterregten Sychronmaschinen (z.B. Opel Ampera) und fremderregten Synchronmaschinen (z.B. BMW i3). Die permanenterregte Synchronmaschine (PMSM) hat die größte Drehmomentdichte und höchste Wirkungsgrade im Nennbetrieb, da das Erregerfeld mittels Seltene-Erden-basierte Permanentmagneten (NdFeB, SmCo) erzeugt wird, statt über stromdurchflossene Leiter. Neben ökonomischen Gründen, wie Marktschwankungen und ökologischen Gründen, wie dem umweltschädlichen Abbau von seltenen Erden, haben PM-Maschinen auch Nachteile im Feldschwächungs- und Teillastbereich, da das Erregerfeld konstant ist und nur mittels eines entgegengesetzten Statorfeldes geschwächt werden kann. Dies reduziert grade im Feldschwächungsbereich den Wirkungsgrad und schränkt den Drehzahlbereich ein.
Hier bietet sich die fremderregte Synchronmaschine (ESM) an, die ein stufenloses Einstellen des Erregerfeldes ermöglicht und damit einen weiteren Freiheitsgrad besitzt. Diese Eigenschaft führt dazu, dass die ESM theoretisch einen elektrisch unbegrenzten Drehzahlbereich hat. Allerdings muss der Rotor über Schleifringe bestromt werden, welche jedoch wegen des erhöhten Verschleißes und Wartungsaufwands unerwünscht sind. Neben rotierenden Übertragern, die üblicherweise neben dem Rotor auf derselben Achse montiert sind, wurden sogenannte harmonische erregte Synchronmaschinen vorgeschlagen. Dabei nutzt man die ohnehin vorhandene Stator- und Rotorwicklung sowie den Antriebsumrichter für die Erregung, indem man die vorhandenen Wicklungen so bestromt, dass neben der Nutzwelle ein zusätzliches, magnetisch entkoppeltes Feld entsteht, welches für die Erregung verwendet wird.
- Elektromagnetische 2D und 3D Finite-Elemente (FE) Simulation von elektrischen Maschinen (z.B. ANSYS Maxwell)
- Analytische Abschätzung von beliebigen Radialflussmaschinen auf Basis der Näherung des eindimensionalen Luftspaltfeldes
- Auslegung von elektrischen Maschinen auf Basis von analytischen und numerischen Methoden
- Ansteuerung und Charakterisierung von elektrischen Maschinen mit einem 10 kW Versuchsprüfstand unter Verwendung eines Rapid-Control-Prototyping Systems (PLECS RTBox)
- Modellierung, Parameterbestimmung und Bewertung von harmonische erregten Synchronmaschinen
Kontakt
Publikationen
Pötter, J.; Pfost, M.; Schullerus, Gernot: "Topology Analysis of Harmonic-Excited Wound-Rotor Synchronous Machines," IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC), Online, 2021, doi:10.1109/IEMDC47953.2021.9449529.
Pötter, J.; Pfost, M.; Schullerus, Gernot: Harmonic Excitation Concepts for Wound-Rotor Synchronous Machines with Power-Electronics on the Rotor, ICEM, virtuelle Konferenz, Schweden, 08.2020, doi: 10.1109/ICEM49940.2020.9270724
Pötter, J.; Pfost, M.; Prof. Dr.-Ing Schullerus, Gernot: Design Aspects of a Novel Brushless Excitation System for Synchronous Machines, IEMDC, San Diego, California, Mai.2019, doi: 10.1109/IEMDC.2019.8785200
Pötter, J.; Pfost, M.; Schullerus, Gernot: A Novel Brushless Excitation System for Synchronous Machines with a Rotating Power Converter, CPE Powereng, Sonderborg, Denmark, April.2019, doi: 10.1109/CPE.2019.8862391
Pötter, J.; Pfost, M.; Schullerus, Gernot: Dynamic Modeling of a New Type of Harmonic-Excited Synchronous Machine, VDE Antriebstechnik, Online, November.2021
Pötter, J.; Pfost, M.; Schullerus, Gernot: "Experimental Investigation of a New Type of Harmonic-Excited Synchronous Machine under Special Consideration of the Core Loss," IEEE International Conference on Electrical Machines (ICEM), Valencia, Spain, September.2022, doi: folgt.