Zusammenfassung
Die experimentelle Bestimmung des Wirkungsgrades und der Verluste in elektrischen Maschinen ist ein wichtiger Bestandteil in deren Entwicklungsprozess. Ein Lastmaschinenprüfstand ermöglicht die Evaluierung von Berechnungen und Simulationen, weiterhin können auch spezifische Maschinenparameter bestimmt werden. Im Allgemeinen erfordert die Vermessung von elektrischen Maschinen viel Arbeitszeit und erzeugt große Datenmengen, welche wiederum gesichtet, ausgewertet und aufbereitet werden müssen. Um diesen Prozess zu optimieren wird in der vorliegenden Arbeit eine umfassende Messroutine zur automatisierten Vermessung feldorientiert geregelter elektrischer Maschinen entwickelt. Hierfür wird zunächst der Aufbau des verwendeten Prüfstand erklärt und die wesentlichen Software- und Hardwarekomponenten erläutert. Anschließend wird ein standardisierter Messablauf bestehend aus vier Messreihen definiert. Für die einzelnen Messreihen werden parametrierbare, automatisierte Messabläufe erstellt. Um die Menge an aufgenommenen Messdaten zu minimieren wird ein Triggersignal implementiert. Die Auswahl der Messpunkte der Automatisierungen wird so entworfen, dass eine gleichmäßige Abdeckung des gesamten Betriebsbereichs der zu vermessenden Maschine erzielt wird. Zusätzlich wird erläutert, wie die Messergebnisse weiterverarbeitet und daraus mögliche Verluste und Parameter der elektrischen Maschine bestimmt werden können. Abschließend wird das entwickelte Verfahren am institutseigenen Lastmaschinenprüfstand am Beispiel einer permanenterregten Synchronmaschine umgesetzt und erfolgreich bestätigt. In einem nächsten Schritt empfiehlt sich die Erweiterung der Messroutine auf andere Maschinentypen wie beispielsweise Asynchronmaschinen oder elektrisch erregte Synchronmaschinen. Zudem ist es denkbar eine Automatisierung für maschinentypische Belastungszyklen wie beispielsweise Fahrzyklen oder Bewegungsmuster zu entwickeln.
The determination of eciency and losses with the help of controlled experiments is an
indispensable component for the development of electrical machines. Created for this
purpose, machine test benches enable the evaluation of computations and simulations.
Moreover they help to determine specific machine parameters. Well-known challenges
however are the necessity to spend intense working time and the large amounts of data
typically generated by measurements of electrical machines. Reviewing, processing
and analyzing the data is time- and resource-consuming. To optimize these processes a
comprehensive automated measurement procedure for field-oriented controlled electrical
machines is designed in this study. In order to address this objective the set-up of the
utilized test bench is discussed and the basics of essential software and hardware components
are explained in a first step. A standardized measurement process consisting of
four measurement series is then defined. For each of the individual measurement series
parameterizable, automated measurement sequences are created. To minimize the amount
of data recorded a trigger signal is implemented. To reduce the duration and improve the
quality of measurements the selection of the measured points is designed in such a way
that the entire operating range of the machine to be measured is evenly covered. Based on
the measurement series it is discussed how the obtained results can be processed further
and possible losses and parameters of the electrical machine can be determined. Finally,
the newly developed routine is implemented and successfully confirmed on the institute's
own machine test bench on the basis of a permanently excited synchronous machine.
Building on the results of this work an expansion of the measuring routine to other types
of machines such as asynchronous machines or electrically excited synchronous machines
is recommended. Going forward it might even be possible to develop an automation
for machine-typical load cycles such as driving cycles or movement patterns.
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