Inhaltsverzeichnis f ( N, V ) f ( < p ) f(t) Mm f(n,(p)

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1 Inhaltsverzeichnis 1 A ntriebsanordnungen: G rundlagen Mechanische Grundgesetze Analogien zwischen Translation und R o ta tio n Übertragungsstellen und G etriebe Drehmomentbilanz im A ntriebssystem Normierung der Gleichungen und Differentialgleichungen Zeitliches Verhalten des rotierenden mechanischen Systems Analytische B ehandlung Graphische Behandlung von Bewegungsvorgängen Numerische Lösung über Differenzengleichung System Arbeitsmaschine-Antriebsmaschine Stationäres Verhalten der Arbeitsmaschine Widerstandsmoment Mw const Widerstandsmoment Mw = f(n,v ) Widerstandsmoment Mw = f(<p) Widerstandsmoment Mw / ( r ) Widerstandsmoment Mw f(t) Stationäres Verhalten der Antriebsmaschinen: Mm f(n,(p) Asynchrones bzw. Nebenschluß-Verhalten Konstant-Moment-Verhalten Synchrones Verhalten Beispiel: Gleichstrom-Nebenschlußmaschine Statische Stabilität im A rbeitspunkt Graphische M eth o d en Rechnerische Stabilitätsprüfung über die linearisierte Differentialgleichung im A rbeitspunkt Stabilitätsprüfung über die Laplace-Transformation Bemessung der Antriebsanordnung Arbeitsmaschinen Antriebsmaschinen... 33

2 2 Verluste und Erwärmung im Antriebssystem Verluste an der Übertragungsstelle Leistungsbilanz Verlustarbeit an der Übertragungsstelle Motor Verluste beim Beschleunigen Erwärmung elektrischer M aschinen Verlustleistung und Tem peratur Rechengang: mathematische G rundlagen Strombelastung und Verlustleistung Normen und Betriebsarten Betriebsarten und Bem essungsdaten Dauerbetrieb (Betriebsart 8 1 ) Kurzzeitbetrieb (Betriebsart 82) Aussetzbetrieb (Betriebsart 8 3 ) Aussetzbetrieb mit Einfluß des Anlaufvorgangs (Betriebsart 84) Aussetzbetrieb mit elektrischer Bremsung (Betriebsart 85) Ununterbrochener periodischer Betrieb mit Aussetzbelastung (Betriebsart 86) Unterbrochener periodischer Betrieb mit elektrischer Bremsung (Betriebsart 87) Ununterbrochener periodischer Betrieb mit Last- und Drehzahländerungen (Betriebsart 8 8 ) Ununterbrochener Betrieb mit nichtperiodischer Last- und Drehzahländerung (Betriebsart 8 9 ) Betrieb mit diskretem konstantem Belastungszustand (Betriebsart ) Mittelwert bet rieb bei periodischer Belastung Maschinen mit mehreren Bemessungsbetrieben Aufstellungshöhe, Temperatur und K ühlm ittel Belüftung und K ü h lu n g Elektrische Bedingungen Gleichstrommaschine E inführung Regelungstechnische Modellbildung der Gleichstrommaschine Signalflußplan der Gleichstrom-Nebenschlußmaschine Ankerkreis Feldkreis, Erregerkreis Zusammenfassung von Ankerkreis und Erregerkreis Signalflußpläne, Ü bergangsverhalten Führungsverhalten und Führungs-Übertragungsfunktion Lastverhalten und Stör-Übertragungsfunktion Einfluß von ^ auf n (Feldschwächung)... 99

3 3.4.4 Zusammengefaßter Plan (linearisiert, überlagert, vereinfacht) Steuerung der D re h z a h l Drehzahlsteuerung durch die Ankerspannung Steuerung durch den F lu ß Steuerung durch Ankerspannung und F e ld Stationäres Verhalten, Kennlinien Zeit v erh alten Drehzahl-Steuerung durch Vorwiderstand im Ankerkreis Drehzahlverstellung durch geschaltete Vorwiderstände Zeitliches Verhalten bei Spannungs- und Stromsteuerung Drehzahländerung durch Spannungsumschaltung Drehzahländerung mit konstantem S tr o m Arbeitsbereich-Grenzen der fremderregten Gleichstrommaschine Bereich 1: Spannungsverstellung im Ankerkreis Bereich 2: Feldverstellung Bereich 3: Erhöhung der Drehzahl bei konstanter Spannung und konstantem F l u ß L eistungselektronische S chaltungen Leistungselektronische Schaltungen für Antriebe - Einführung Leistungselektronische Bauelemente - Einführung Netzgeführte Stromrichter-Stellglieder - Einführung Grundprinzipien netzgeführter Stellglieder Dreiphasen Brückenschaltung (B6-Schaltung) Kommutierung - Überlappung Wechselrichterbetrieb - Wechselrichterkippen Verschiebungsfaktor, Leistungsfaktor Umkehrstromrichter Umkehrstromrichter Ablauf Befehlsfolge DC-DC-Wandler Einführung U-Umrichter Einführung Netzgeführte Stromrichter-Stellglieder Gleichstromantriebe Grenzen des Betriebsbereichs von Stromrichter und Maschine Strom- und Drehzahlregelung der Gleichstrommaschine Ankerstromregelung Drehzahlregelung Großsignalverhalten Prädiktive Strom regelung Führungs-und Störverhalten von Regelkreisen Netzgeführte Stromrichter-Stellglieder - Drehstromantriebe Direkt Umrichter Strom richterm otor I-U m richter DC-DC-Wandler Gleichstrommaschine

4 4.5.1 Tiefsetzsteller (buck C onverter) Hochsetzsteller (boost Converter) Steuerverfahren bei DC-DC-W andlern Pulsweitensteuerung PWM Pulsfolgesteuerung Hysterese-Regelung Gleichstromsteller - Gleichstrommaschine Tiefsetzsteller (buck Converter) - Gleichstrommaschine Ein-Quadrant-Bremsbetrieb (boost Converter) - Gleichstrommaschine Zwei-Quadrant-Steller mit Ankerstromumkehr - Gleichstrommaschine Zwei-Quadranten-Stellglied mit Ankerspannungsumkehr - Gleichstrommaschine Vier-Quadranten-Stellglied - Gleichstrommaschine Regelungen Gleichstromsteller - Gleichstrommaschine Querverweise DC-DC-Wandler A synchronm aschinen E inführung Funktionsweise von Asynchronmaschinen Erzeugung eines Drehfeldes im Luftspalt durch den Stator Spannungsinduktion im R o to r Stromaufbau im R o to r Entstehung des Drehmoments, stationäre Drehzahl-Drehmoment- K ennlinie Höhere Polpaarzahlen Raumzeiger-Darstellung Definition eines Raumzeigers Rücktransformation auf Momentanwerte Koordinatensysteme Differentiation im umlaufenden Koordinatensystem Schleifringläufermaschine Asynchronmaschine: Signalflußplan mit Verzögerungsgliedern Asynchronmaschine im stationären Betrieb Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie der Asynchronmaschine Elektrische Verhältnisse im stationären B e trie b Ersatzschaltbilder der Asynchronmaschine Stromortskurve des S tatorstrom s Asynchronmaschine bei Umrichterbetrieb Steuerverfahren bei Statorflußorientierung Steuerverfahren bei Rotorflußorientierung Asynchronmaschine am Umrichter mit eingeprägtem Statorstrom Linearmaschinen

5 6 Synchronmaschine Funktionsweise von Synchronmaschinen Synchron-Schenkelpolmaschine ohne Dämpferwicklung Beschreibendes Gleichungssystem Synchron-Schenkelpolmaschine in normierter Darstellung Signalflußplan Synchron-Schenkelpolmaschine - Spannungseinprägung Signalflußplan Synchron-Schenkelpolmaschine - Stromeinprägung Ersatzschaltbild der Synchron-Schenkelpolmaschine Schenkelpolmaschine mit Dämpferwicklung Synchron-Vollpolmaschine Beschreibendes Gleichungssystem und Signalflußpläne Ersatzschaltbild der Synchron-Vollpolmaschine Steuerbedingungen der Synchron-Vollpolmaschine ohne Dämpferwicklung Permanentmagnet erregte M aschinen Regelung mit Nebenbedingungen Transversalflussmaschinen Geschaltete Reluktanzmaschinen 335 Prof. Dr. H. Bausch, Universität d. Bundeswehr München 7.1 Einleitung A u fb a u Betriebsverhalten Energieumwandlung Stromrichterschaltungen Steuerung und Regelung Lagerlose Permanentmagnetmotoren 365 Prof. Dr. W. Amrhein; Dr. 8. Silber ACCM/ Johannes Kepler Universität Linz 8.1 Einleitung Kraft- und Drehmomentberechnung Magnetische Koenergie Maxwellscher Spannungstensor Fourier-Reihendarstellung der Feldgrößen Drehmomentberechnung Kraft berechnung Interpretation der E rgebnisse Ausführungsbeispiele zu lagerlosen Permanentmagnetmotoren Regelung und elektronische A nsteuerung Applikationen lagerloser Scheibenläufermotoren

6 9 K leinantriebe Schrittm otoren Einführung, Funktionsprinzip Grundtypen von Schrittmotoren Reluktanz-Schrittm otor Permanentmagneterregter Schrittmotor Hydrid-Schrittmotor Gegenüberstellung Drehfeld-Schrittfeld Betriebskennlinien, Betriebsverhalten Statischer Drehmomentverlauf Statisches Lastverhalten Einzelschritt-Fortschaltung Grenzkennlinien, Betriebsbereiche Ansteuerung, Leistungselektronik Ersatzschaltbild eines Motorstrangs Unipolare und bipolare Speisung der Strangwicklungen Leistungstreiber Betriebsarten: Voll-, Halb- und M ikroschrittbetrieb Bestromungstabellen Positioniergenauigkeit, Schrittwinkelfehler Drehzahlverhalten, Resonanzfrequenzen Parametrische A nregung Dämpfung Modellbildung Auslegung von Schrittmotorantrieben Ermittlung der Startgrenzfrequenz Berechnung von linearen Frequenzram pen Elektronisch kommutierte Gleichstrommaschine U m richterantriebe Direkt Umrichter Strom richterm otor Prinzipielle Funktion Lastgeführte Kommutierung A nfahrvorgang Drehmomentpendelungen Regelung des Stromrichtermotors Einsatzgebiete Stromrichtermotor Umrichter mit Phasenfolgelöschung und eingeprägtem Strom (I- Umrichter) Prinzipielles System verhalten Modifizierter I-Umrichter Selbstgeführte Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis.. 462

7 G rundfunktion Modulationsverfahren bei Pulsumrichtern Zweipunktregelung (Prinzipdarstellung) Pulsweitenmodulation (PWM) Raumzeiger-Modulation Optimierte Pulsm uster Mehrpunkt-Wechselrichter Hochleistungs-Wechselrichter Serien-Zellen Wechselrichter M2C-Wechselrichter Leistungsfaktor-Korrektur (P F C ) R egelungen von D rehfeldm aschinen Entkopplung - Asynchronmaschine Feldorientierung - Asynchronmaschine Entkopplung - Synchronmaschine Feldorientierung - Synchronmaschinen PM-Maschine mit Reluktanzeinflüssen Weiterführende Informationen Statorstrom-Regelungen Überlagerte Regelverfahren [97] Technologische Aufgabenstellungen Optimierung Betrieb - Verlustminimierung Direktantrieb gegen G etriebem otor Betriebsoptimierung - Verlustminimierung E inführung M odelle K upferverluste Eisenverluste Oberschwingungen Transienter Skin-Effekt Permanentmagneterregte Synchronmaschine P M -S M Asynchronmaschine Fahrzeuge Synchrone Reluktanzmaschine Einphasen-Asynchronmaschine A k u stik Modell Prädiktive Regelung M P C E inführung MPC - Theorie und Praxis Dr. P. Stolze, TU München ASM Grundgleichungen Heuristik zur Reduktion des Rechenaufwands G rundprinzip

8 Validierung der heuristischen V orselektion Bestimmung des wertkontinuierlichen Optimums Systembeschreibung für das wertkontinuierliche Optimierungsproblem Binärer S uchbaum Bestimmung des S ektors Experimentelle Ergebnisse für Zweilevel-Umrichter Experimentelle Ergebnisse für Dreilevel-Flying-Capacitor- U m richter Variabler Schalt zeit p u n k t G rundprinzip Berechnung des variablen Schaltzeitpunktes Regelalgorithmus Experimentelle Ergebnisse für Zweilevel-Umrichter Kombination von Heuristik und variablem Schaltzeitpunkt Regelalgorithmus Experimentelle Ergebnisse für Zweilevel-Umrichter Experimentelle Ergebnisse für Dreilevel-Flying-Capacitor- U m richter Zusammenfassung und Ausblick Physikalische M odellbildung d er G leichstrom m aschine E inführung Theorie der F e ld e r Elektrostatisches Feld, Coulom b-k raft Magnetfeld - L orentzkraft Magnetfeld - Induktionsspannung Wechselwirkungen zwischen Ladungen - Lenz sche Regel Magnetische Feldstärke Magnetische Flussdichte Lorentzkraft Materialabhängigkeit der Lorentzkraft bzw. magnetischen F lussdichte Magnetische Flussdichte in nicht ferromagnetischen Materialien Magnetische Flussdichte in ferromagnetischen Materialien (Hysteresekurve) Wichtige Eigenschaften des magnetischen Feldes für das Verständnis elektrischer M aschinen Magnetfeldbündelnde Wirkung ferromagnetischer M aterialien Quellenfreiheit des magnetischen Feldes Kraft auf bewegte Ladungen im Luftspalt zwischen ferromagnetischen M aterialien Oberflächenströme

9 Wechselwirkung zwischen ferromagnetischen Werkstoffen Magnetischer K reis Grenzflächenkräfte: magnetischer Querdruck und Längszug Brechungsgesetze für magnetische Feldlinien Zusammenfassung Physikalisches Funktionsprinzip der Gleichstrommaschine Prinzip der Momenterzeugung - Ableitung der Momenten-Grundgleichung Betrachtung der Gleichstrommaschine als magnetischen Kreis K o m m u tato r Ableitung der Momenten-Grundgleichung Rotor mit N u te n Beschleunigung des Rotors - Ableitung der Mechanik-Grundgleichung Entstehung einer Gegenspannung - Ableitung der Bewegungsinduktions-Grundgleichung Eigeninduktivität des Rotors - Ableitung der Ankerkreis-Grundgleichung Ü bungsaufgaben 659 Prüfungsaufgaben 700 V ariablenübersicht 727 L iteraturverzeichnis 743 Ausgewählte Arbeiten des Lehrstuhls Antriebstechnik und benachbarte Gebiete (B ücher) Elektroantrieb allgem ein Leistungshalbleiter Leistungselektronik: Ansteuerung, Beschaltung, K ühlung Gleichstromsteller, DC-DC-Wandler Netzgeführte Stromrichter: Schaltungstechnik und Auslegung Netzgeführte Stromrichter: R egelung Direktumrichter Untersynchrone Kaskade (U SK ) Strom richterm otor Stromzwischenkreis-Umrichter (I-Umrichter) Spannungszwischenkreis-Umrichter (U-Umrichter) Asynchronmaschine: Regelung Synchronmaschine Reluktanzmaschine

10 Geberlose Reluktanzmaschine Linearmotoren Lagerlose Permanentmagnetmotoren K leinantriebe Betriebsoptim ierung Prädiktive Regelung - M P C Stichwortverzeichnis 809