PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG

Ähnliche Dokumente
Neue Herausforderungen an die Auswahl und Auslegung E. Maschinen durch die Preisentwicklung der NdFeB- Magnete

Die synchrone Reluktanzmaschine im Vergleich zu anderen Motortopologien. Dipl.Ing. (FH) Stefan Heinz

Trends und Herausforderungen. und Transformatoren

FEMAG Entwicklung seit Maschinenmodelle

Allgemeines und mit FEMAG

Hochausgenutzte Permanentmagnetsynchronmaschinen

Andreas Binder BOSCH CR

K. Reichert ETH Zürich. FEMAG-Entwicklungen seit

Der Elektrische Traktionsantrieb key component für die zukünftige Mobilität

Vergleich von PM- Synchronmotoren mit Neodymund Ferritmagneten für Traktionsantriebe

Bestimmung des Wirkungsgrads von permanentmagneterregten Synchronmaschinen im Einzelverlustverfahren

PM - BLDC Innenläufermotor PM - BLDC Außenläufermotor PM - BLDC Linear Motor PM - DC Bürstenmotor

Entwurf elektrischer Maschinen mit numerischer Feldberechnung

Zur DRIVE-E Akademie Vor- und Nachteile verschiedener Motorkonzepte für Fahrantriebe

FEMAG-Anwendertreffen 2015

Einfluss von Spannungsoberschwingungen und Rastmomenten auf den Gleichlauf von Servoantrieben mit Permanentmagnet-Synchronmotoren

Entwicklung und sensorlose Regelung von PM-Außenläufer- Traktions-Maschinen. Development and Sensorless Control of PM Outer Rotor Traction Machines

WECHSELLASTFESTIGKEIT VON PERMANENTERREGTEN SYNCHRONMASCHINEN

Optimierung des Teillast-Wirkungsgrades elektrischer Antriebe

SIMULATION GESCHALTETER RELUKTANZMASCHINEN (SRM) MIT SIMPLORER

Hochsättigende Eisen- Kobalt- Legierungen mit erhöhter Festigkeit

Mehrzieloptimierung von PMSM für Hybrid- und Elektrofahrzeuge Florian Bittner, FEMAG Anwendertreffen 2013

Skriptgesteuerte Kopplung von Femag DC mit ME. Dr. Florian Bittner Femag-Anwendertreffen

Trends bei der Entwicklung elektrischer Maschinen

smartfem Rotor und Stator Topologien

Auslegung einer Transversalfluss-Reluktanzmaschine

Tendenzen in der Anwendung von FEMAG

FEMAG-Anwendertreffen 28. und 29. Oktober 2015 in Leutkirch

eingeführt wird. Darüber hinaus fällt das

Elektrische Maschinen und Antriebe

Anwendung der Finite Elemente Methode bei Elektrischen Maschinen

ENTWURF EINES WINDKRAFTGENERATORS

Kopplung von FEMAG mit Optimierungsprogrammen

Entwicklung eines getriebelosen Transversalflussgenerators für Fluss-Strom-Anwendungen. S. Hieke, M. Stamann, T. Schallschmidt, R.

2. Wicklungen für Drehfelder in elektrischen Maschinen 27 Aufgabe A2.1: Felderregerkurve einer Drehstrom-Ganzlochwicklung

Multikriterielle Optimierung von PM-Motoren mit Femag

Cyrille Kunz Zimmermann (drivetek ag) Prof. Dr. Andrea Vezzini (Berner Fachhochschule) Prof. Dr. Adrian Omlin (Hochschule Luzern)

Schnittbild einer zweipoligen elektrisch erregten Gleichstrommaschine. Rotor der Gleichstrommaschine und eine Windung des Rotors

Robuste Kühlung und Sicherheitsdiagnostik für supraleitende Motoren

Berechnung elektrischer Maschinen

BLDC - Motoren für f Hochstromanwendungen

Feldorientierte Regelung

2 Grundlagen. 2.2 Gegenüberstellung Induktivität und Kapazität. 2.1 Gegenüberstellung der Grössen Translation > Rotation

Alternative Berechnung der charakteristischen Impedanzen von Synchronmaschinen mit

smartfem Analyse und Design elektrischer Antriebe Rotor und Stator Topologien

Analyse des Luftspaltfeldes von Geschalteten Reluktanzmaschinen

5.1 SM: Aufbau und Ausführungsformen Seite 1

Erste Prüfergebnisse 4-MW-HTS-Motor Elektrischer Schiffsantrieb in der Technologieforschung

Vergleich unterschiedlicher Antriebsmaschinen im Traktionsbereich

EIGENSCHAFTEN PM-ERREGTER SCHENKELPOL- SYNCHRONMASCHINEN

IE4 Super-Premium-Wirkungsgrad Norm-Motoren Synchron Technologie. Serie MPM 1,1kW bis 30,0kW

Validierung von hochfestem NO Elektroband in Simulation und Funktionsmustern

Elektrische und Aktoren

Berechnung von Eisenverlusten mit smartfem - 0 -

1. Connected Car Fahrerassistenzsysteme (ADAS) 2. Fahrzeugelektronik Fahrzeugelektrik

Oberwellenorientierte Wicklungsmodifikation von permanentmagneterregten Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklung

Beitrag von FEMAG zur Optimierung der Ausnutzung des Wechselrichters in Lenkungsantrieben durch Identifikation von Längs- und Querinduktivitäten

Antriebstechnik. Direktantriebe

Funktionsweise Synchronmaschine

Mechatronik und elektrische Antriebe

Funktionsweise Synchronmaschine

Analytisch ermittelte -I-Kennlinie von Geschalteten Reluktanzmaschinen im Vergleich zu FEM und Messung

Vorwort. 1 Einleitung 1. 2 Einteilung und Aufbau von Aktoren Einteilung der Aktoren Aufbau von Aktoren 8

Inhaltsverzeichnis. Vorwort

Inhaltsübersicht. Vorwort 13. Kapitel 1 Grundlagen der elektromagnetischen Energiewandlung 15. Kapitel 2 Transformatoren 85

Hochdrehzahlmotoren für mobile Arbeitsmaschinen

maxon EC motor Bürstenlose DC Motoren: Eine Einführung

UNTERSUCHUNG VON PM-ERREGTEN LINEAR-

smartfem Analyse und Design elektrischer Antriebe Rotor und Stator Topologien

Elektrische Maschinen und Antriebe

Klausur Elektrische Energiesysteme / Grundlagen der Elektrotechnik 3

Inhaltsverzeichnis XIII. Vorwort zur 10. Auflage XVII. Vorwort zur 1. Auflage (1970)

Klausur Elektrische Energiesysteme / Grundlagen der Elektrotechnik 3

PERMANENTMAGNETERREGTE FELDSCHWÄCHBARE SYNCHRONMASCHINEN

Berechnung elektrischer Maschinen

MTPA-Regelung ("Maximum Torque per Ampere )

Magnettechnik Auslegungen

CFX Berlin Software GmbH Simulationskompetenz aus Berlin

Klausur Elektrische Energiesysteme / Grundlagen der Elektrotechnik 3

4.4 ASM: Stromverdrängungsläufer Seite 1

E-Maschinen-Modelle Ansatz, Einsatz und Validierung

Aufbau der Gleichstrommaschine (graue Bauteile weichmagnetisch) Idealisierter Feldverlauf im Luftspalt der Gleichstrommaschine und Abmessungen

Entwicklungen zur Steigerung der Energieeffizienz bei elektrischen Antrieben

Klausur Elektrische Energiesysteme / Grundlagen der Elektrotechnik 3

Direktantrieb ATR. Der schnellste Drehtisch mit revolutionärer eisenloser Motortechnologie

Erzeugung eines Kreisdrehfeldes

Magnetgelagerter integrierter Pumpenantrieb

MTPA-Regelung ("Maximum Torque per Ampere )

Finite Elemente Analyse eines 500 MVA Wasserkraft-Synchrongenerators

Elektrische Maschinen und Antriebe

Rastkräfte bei Lineardirektantrieben ein Vergleich geometrischer und elektronischer Kompensationsmöglichkeiten

Finite Elemente Berechnungen mit EMAS für Synchronmaschinen in Transversalflußbauweise

Berechnen einer Kommutatormaschine mit FEMAG

maxon DC motor Permanentmagnet erregter Gleichstrommotor mit eisenloser Wicklung

1 Grundlagen der Schrittantriebe 1 Erich Rummich

Elektrische Antriebe und Anlagen

Tutorium V: Musterlösung

Vorlesung Elektrische Aktoren und Sensoren in geregelten Antrieben. Linear Drives

Switched Reluctance Motor in Star Connection (SRS) Andreas Leich, DLR Maik Hohmuth, ILEAG Philip Hennig, ILEAG

Transkript:

PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Konzepte, Topologien Bewertungskriterien Vergleich der Wicklungs- und Magnetkonzepte Magnetwerkstoffe: NdFeB oder Ferrit Simulation mit FEMAG PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/1

Wicklungen : Spannungs-, Magnetfelderzeugung Verteilte Spulenwicklung S c a b Einzelspulenwicklung (Zahnspulen) S a b N N c b b a N B a N S S B c c Längsflussmaschinen: Wicklungen: einlagig mehrlagig Wicklungen liegen in Nuten im Luftspalt Wicklungen verlaufen: axial radial (Scheiben-M.) PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/2

Magnete: Magnetfelderzeugung Oberflächenmagnete Eingebettete Magnete OM VM Eingebettete Magnete EM Flusskonzentration FK PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/3

Lorentzkraft F auf Permanentmagnete : J M J M Ersatzstrombelag für PM: A = 2 h M HC Flussdichte B < 1.2 T ( Sättigung, Verluste, ARW, cos Koerzitivkraft H c < 800 ka/m, h M /t p > 0.1 : f S < 150 kn/m2 Synchronmaschinen mit verteilter Wicklungen : f S < 60 kn/m2 A s p B o fs 2 B hm Hc / 2( hm ) Synchronmaschinen mit Einzelzahnwicklungen: f S < 80 kn/m2 f ~ 1/ p für 2p =Q oder anistropen MM s p ~ p o H c A s PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/4

Reluktanzkraft F auf Eisen : F x Stromi Flussdichte B < 1.5 T ( Sättigung Strombelag A < 40 ka/m ( Verluste, Kühlung, ARW ) c f s < 120 kn/m 2 ( / p <= 0.1), f s ~ 1/ p ~ p Einfache Rotorkonstruktion, verteilte und Einzelzahnwicklungen Switched-Reluctance-Maschine: f s < 25 kn/m 2, i unipolar Reluktanzmotor, verteilte Wicklung: f s < 25 kn/m2 : Vernier-Maschine:, Strom i bipolar f s < 35 kn/m 2 PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/5

Lorentzkraft + Reluktanzkraft : Optimal in Maschinen mit verteilten Wicklungen Minimierung der Magnetmasse Erfordert eine Optimierung des Vorsteuerwinkel Erhöhte Anforderungen an die Speisung, Lageerfassung und Regelung Stellt hohe Anforderungen an die Auslegung Reduziert die Magnetbeanspruchung Probleme mit der mechanische Beanspruchung PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/6

Andere PM-Maschinenkonzepte : Vernier-Maschine mit PM (Patent EMF) Vernier-Maschine ohne PM 3 3 1 1 Langsamläufer: 1 Qs <> Qr PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/7

Andere PM-Maschinenkonzepte : Magnete PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/8

Flux-Switching-Machine: PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/9

PM-Synchronmaschinen: Bewertungskriterien Schubkraft f S, Drehmoment/Volumen T / V Magnetvolumen / Drehmoment Vmagnet / T Nutrastmoment ( Cogging torque ), Lastpulsationsmoment Synchrone Reaktanz X d, Leistungsfaktor cos Verluste, Zusatzverluste, Magnetverluste: Wirkungsgrad Begrenzungen: Ueberlast, Entmagnetisierung, Kühlung Feldschwächbarkeit Redundanz, Fehleranfälligkeit Anforderungen an die Sensorik und Leistungselektronik Geräusch, mechanische Beanspruchung Abhängigkeiten: Geometrie, Magnete, Material B(H), Verformungen.. PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/10

Vergleich PM Synchronmaschinen: verteilte Wicklungen Zahnspulen Synchrone Reaktanz X d + Leistungsfaktor cos Stator-Cu-Verluste Rotorverluste + Drehmoment - Pulsation + Entmagnetisierungsgrenze + Feldschwächbarkeit + Redundanz + Aufwand Sensorik, LE 0 0 0 : gleich + : grösser : kleiner PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/11

Magnete: Konzepte Oberflächenmagnete Eingebettete Magnete OM VM Eingebettete Magnete EM Flusskonzentration FK PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/12

Vergleich PM Konzepte: OM EM VM FK Synchrone Reaktanz X d - + + - Leistungsfaktor cos + - - + Eisenverluste + + + - Magnetwirbelstromverluste ++ + - - Drehmoment Pulsation - + - - Entmagnetisierungsgrenze o o + ++ Reluktanzkraft o o ++ + Feldschwächbarkeit - - ++ + Magnetvolumen o o o + o : gleich + : grösser - : kleiner PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/13

Magnettopologie OM EM VM FK Magnetvolumen % 100 100 100 144 Wicklungsfaktor p 0.98 0.98 0.98 0.98 Leistungsfaktor cos 0.72 0.58 0.6 0.75 Drehmoment % 107 93 96 127 Pendelmoment % 1.25 3.2 1.47 1.59 Rastmoment % 0.31 0.66 0.3 0.83 Magnetverluste Last % 131 51 14 18 Magnetverluste Leerlauf % 64 3 1 3 Eisenverluste Rotor Last % 5 9 < 1 < 1 Magnetfluss verkettet % 106 92 89 125 Spannung 5.Harm. % 4.2 6.1 7.3 3.6 Entmagnetisierungsfeld % 52 42 106 133 Vergleich Topologien: Q = 48, 2p = 40 zweischichtig, isotrop Sect. 1/14

Vergleich der Maschinentopologien: - PM Maschine: Konzentrierte oder verteilte Wicklungen Flusskonzentration, 100 % PM, f s < = 80 kn/m2 - PM + Reluktanz Maschine: verteilte Wicklung > 60 % PM, f s < = 50 kn/m2 - Reluktanzmaschine: Konzentrierte oder verteilte Wicklungen f s < = 30 kn/m2 - Asynchronmaschine: verteilte Wicklung, f s <= 40 kn/m2 Ausnützung PM-Maschine: T c p H c B r V NdFeB : H c B r : <1200 kj/m3 Ferrit: < 150 kj/m3 PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/15

PM: NdFeB ersetzen mit Ferrit: 30 40 % weniger Drehmoment/Volumen cos phi niedriger: 0.75 => 0.5 > Design optimieren: Maschinenlänge grösser, Durchmesser grösser, Strombelag kleiner Kompensation cos phi PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/16

PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/17

PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/18

PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/19

Simulation mit FEMAG: Stator-, Rotor-, Magnet- und Wicklungsmodelle, dxf-eingabe => FE-Modelle B(H)- und Verlustmodelle (Steinmetz) für Eisen und Magnete FE-Simulation, linear und nichtlinear, stationär und drehend dabei Speisung mit beliebigen Stromformen: sinus-, harmonische, Modellidentifikation: psim, Ld, Lq (I.beta) und Psid, Psiq, T (id, iq) Magnetische Beanspruchung B(x,y).., Flussverkettungen, Spannungen Entmagnetisierung: bei der Drehung, nach dem Stosskurzschluss Verluste im Eisen und in den Magneten, stationär und drehend Kräfte und Kraftdichteverteilungen, 2d-Fourieranalyse, Modalanalyse Verlustkennfeldberechnung: Verluste(n,I,beta) Simulation Betriebsverhalten: T,I,beta,P= f(n), Feldschwächung Interaktiv Benutzung, Ablaufautomatisierung mit Logfile, Scriptsprache.. PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/20

Maschinenmodelle in FEMAG: Beispiele > 40 Modelle: Statoren, Rotoren, Magnete, Löcher PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/21

Wirbelstromverluste im Magnet: Q = 24, 2p = 20 FE-L [W/mm3].602E-03.482E-03.361E-03.241E-03.120E-03.0000 FEMAG - DC Version: Oct 2009 PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/22

Nutrastmoment (im Leerlauf) ( Cogging torque ) Sektor einer MM mit 40 Polen und 48 Nuten Lastpulsationsmoment -b a FEMAG -c PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/23

Betriebskennlinien: PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/24

Modell- Identifikation: PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/1

Simulation mit FEMAG: Stator-, Rotor-, Magnet- und Wicklungsmodelle, dxf-eingabe => FE-Modelle B(H)- und Verlustmodelle (Steinmetz) für Eisen und Magnete FE-Simulation, linear und nichtlinear, stationär und drehend dabei Speisung mit beliebigen Stromformen: sinus-, harmonische, Modellidentifikation: psim, Ld, Lq (I.beta) und Psid, Psiq, T (id, iq) Magnetische Beanspruchung B(x,y).., Flussverkettungen, Spannungen Entmagnetisierung: bei der Drehung, nach dem Stosskurzschluss Verluste im Eisen und in den Magneten, stationär und drehend Kräfte und Kraftdichteverteilungen, 2d-Fourieranalyse, Modalanalyse Verlustkennfeldberechnung: Verluste(n,I,beta) Simulation Betriebsverhalten: T,I,beta,P= f(n), Feldschwächung Interaktiv Benutzung, Ablaufautomatisierung mit Logfile, Scriptsprache.. PM-Maschinen, Konzepte, Simulation FEMAG Sect. 1/26