Verlustsimulation von Asynchronmaschinen in Traktionsanwendungen

  Drehmoment Drehzahl Kennfeld Urheberrecht: IEM

Traktionsmaschinen werden magnetisch und thermisch hoch ausgenutzt. Für die Auslegung von Traktionsmaschinen außerhalb des Gültigkeitsbereichs von bekannten Modellierungsansätzen und das genaue Verständnis der verlustverursachenden Effekte ist daher ein tiefgreifendes Verständnis der lokalen verlustverursachenden Effekte erforderlich. Am Institut für Elektrische Maschinen, kurz IEM, wurde daher ein Simulationsmodell in der Simulationsumgebung pyMOOSE entwickelt, welches die Gesamtverluste der Asynchronmaschine, kurz ASM, lokal ortsaufgelöst mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode, kurz FEM, berechnet und anschließend die verlustminimalen Betriebspunkte für jede Kombination aus Drehmoment und Drehzahl bestimmt.


Die lokale Feldlösung wird durch eine 2D transiente FEM Simulation berechnet. Dadurch wird die lokale Feldverteilung abgebildet und die Verlustzunahme durch lokale Feldverzerrungen, zum Beispiel durch Eisenverluste und Rotoroberströmeberücksichtigt.


Die simulierten Drehmoment-Drehzahl-Kennfelder werden gegen umfangreiche Prüfstandsmessungen validiert und zeigen eine sehr gute Übereinstimmung in Verlusten, Strömen und Rotorstromfrequenzen. Für eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Messung, ist in der Simulation nur ein einzelner Baufaktor erforderlich, welcher empirisch zum Wert 0,93 bestimmt wurde und somit nahe am idealen Wert 1,0 liegt. Die am IEM entwickelte Simulationsmethodik ermöglicht dadurch die zielgerichtete Berechnung und Auslegung von hochausgenutzten ASM’s in Traktionsanwendungen.


Zukünftige Arbeiten zielen auf die Integration der Simulationsmethodik in eine eigene Workbench für die Berechnung und Auslegung von ASM. Dabei werden Fertigungseinflüsse, wie zum Beispiel Einflüsse durch Schnittkanten betrachtet.