Dipl.-Ing. Anton Haumer Technisches Büro für Elektrotechnik Elektrische Antriebstechnik
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- Annegret Glöckner
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1 DYMOLA Informationstag TU Wien, Dipl.-Ing. Anton Haumer Technisches Büro für Elektrotechnik Elektrische Antriebstechnik Modellierung und Simulation eines elektrischen Antriebes mit Schweranlauf und Stoßlast Warum DYMOLA / Modelica? Bisherige Arbeiten, Motivation Aufgabenstellung Lösung 1: netzgespeiste Asynchronmaschine mit Schleifringläufer Lösung 2: drehzahlgeregelte Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer Die verwendete SmartElectricDrives - Bibliothek Ausblick, Diskussion DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 1
2 Warum DYMOLA / Modelica? Simulation seit über 25 Jahren DYMOLA / Modelica seit ca. 7 Jahren (Kundenprojekt) physikalisch orientiert: Connector (Schnittstelle) enthält Potentiale und Flussgrößen Gleichungen statt Zuweisungen (z.b. Energiebilanzen) connect: Knotenregeln (Fluss) und Maschenregeln (Potential) objektorientiert und modular stabile Simulation auch bei idealisierenden Annahmen integrierter Sourcecode: Gleichungen + graphische Repräsentation + Dokumentation (HTML) multidisziplinär: Regelungstechnik (Blocks) Elektrotechnik Mechanik (rotational, translational, 3D) Thermodynamik stetige Entwicklung: Modelica.Association DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 2
3 Modelica Conference DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 3
4 Bisherige Arbeiten, Motivation Modelica.Electrical. MultiPhase: Machines: Modelica.Mechanics Rotational: Translational: Modelica.Thermal. HeatTransfer: FluidHeatFlow mehrphasige elektrische Elemente (i.a. Drehstrom) Asynchronmaschinen Synchronmaschinen Gleichstrommaschinen 1-dimensionale rotierende Elemente der Mechanik 1-dimensionale translatorische Elemente der Mechanik 1-dimensionale Wärmeströme Modellierung von Kühlmittelströmen Kundenprojekte: Erwärmung von Traktionsmotoren während des Lastspieles Netzrückwirkungen von Diodengleichrichtern Mechanische Simulation von Tunnelbohrmaschinen DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 4
5 Aufgabenstellung Chipper Antrieb (Papierindustrie) Maschine zur Holzzerkleinerung Antrieb: kw Getriebe : 300 Upm Lastträgheit kg.m 2 El. Netz V / 50 Hz Kurzschlussleistung ca. 50 MVA Schweranlauf Laststöße hohe Lastträgheit steckengebliebene Baumstämme ca. doppeltes Nenndrehmoment Netzrückwirkungen Spannungseinbrüche Laststöße ins Netz abmindern DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 5
6 Lösung 1: Asynchronmaschine mit Schleifringläufer Externe Rotorwiderstände scheren Drehmoment- und Strom-Kennlinie Torque & Current vs. slip = f (R ext / R 2) 7,00 3,50 6,00 3,00 5,00 2,50 I / I nom 4,00 3,00 2,00 1,50 T / T nom nom ,00 1,00 1,00 0,50 0,00 0,00 100,00% 90,00% 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% slip Laststöße können zufolge der weicheren Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie teilweise aus der gespeicherten Energie der rotierenden trägen Massen gedeckt werden. DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 6
7 Lösung 1: Modelica-Modell DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 7
8 Lösung 1: Simulation mit Dymola DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 8
9 Lösung 1: Simulation mit Dymola DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 9
10 Lösung 2: Drehzahlgeregelte Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer Niederspannungs-Frequenzumrichter Feldorientierte Regelung Drehzahlregler Drehmomomentbegrenzung Speisung aus dem 6 kv / 50 Hz Netz über einen Transformator DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 10
11 Lösung 2: Modelica-Modell DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 11
12 Lösung 2: Drehzahlgeregelte Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer Quasistationäre Modelle: Ohne elektrische Transiente, d.h. Abfolge (elektrisch) stationärer Betriebszustände DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 12
13 Lösung 2: Simulation mit Dymola DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 13
14 Lösung 2: Simulation mit Dymola DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 14
15 Die verwendete SmartElectricDrives Modelica Standard Library enthält Maschinenmodelle, keine Antriebsregelungen (FOC) kommerzielle SED von arsenal research Elemente zur Modellierung von Umrichterantrieben Converter (Leistungselektronik) Regelungen Quellen (Batterien), Regler,... Fertige integrierte Modelle Motor + Wechselrichter + Regelung Transient + Quasistationär ASM PSM DC permanenterregt DC elektrisch erregt DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 15
16 Ausblick, Diskussion Ausblick: Vergleich mit Messungen Modularisierung der quasistationären Antriebsmodelle Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Für Fragen stehe ich gerne zur Verfügung: DYMOLA Informationstag TU Wien, Seite 16
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