%0 Thesis %1 Nagel.01.07.2020 %A Nagel, Urs %C Stuttgart %D 2020-07-01 %E Waldhof, Marcel %I Institut für elektrische Energiewandlung %K Eisens{\"a}ttigung Eisenverluste Induktivit{\"a}tsmessung Kennfeld Messdaten Parameteridentifikation Temperaturabh{\"a}ngigkeit Verluste Verlustmessung hochdrehende_Maschinen iew_stua_em permanentmagnetisch_erregte_Synchronmaschine %T Charakterisierung einer hoch ausgenutzten permanentmagnetisch erregten Synchronmaschine: Characterization of a Highly Utilized Permanent Magnet Synchronous Machine %X In dieser Arbeit wird anhand der eigenentwickelten Elektromotoren eines Formula Student Rennwagens vom GreenTeam der Universität Stuttgart eine hochdrehende und hoch ausgenutzte permanentmagnetisch erregte Synchronmaschine charakterisiert, indem einerseits eine Offline-Parameteridentifikation durchgeführt und andererseits das Betriebsverhalten im Vergleich mit zwei weiteren Elektromotoren analysiert wird. Bei der Parametrisierung werden der Strangwiderstand und die Permanentmagnetflussverkettung temperaturabhängig bestimmt. Für die Messung der absoluten Induktivitäten wird ein Verfahren entwickelt, das mit einem externen Leistungsmessgerät und wenigen Schnittstellen zum Wechselrichter erfolgt, ohne hierzu die gestellten Strangspannungen aus der Wechselrichterregelung zu benötigen. Die daraus resultierenden stromabhängigen Kennfelder berücksichtigen Eisensättigungs- und Kreuzkopplungseffekte und weisen eine hohe Übereinstimmung mit den simulierten Kennfeldern auf. Bei den anschließend ermittelten differentiellen Induktivitäten wird gezeigt, dass die differentielle Induktivität L:dd für hoch ausgenutzte Maschinen und negative i:1d-Ströme größer als die absolute Induktivität L:d ist. Zum Abschluss der Parameteridentifikation werden die Ergebnisse anhand eines Vergleichs zwischen den gemessenen und den berechneten Drehmomenten validiert. Die Ergebnisse weisen eine hohe Übereinstimmung auf und zeigen, dass insbesondere bei höheren Drehzahlen der Einfluss der Eisenverluste auf die Parametrisierung zu berücksichtigen ist. Das Betriebsverhalten der unterschiedlichen Maschinen wird zunächst anhand von Drehmoment- und Leistungskennlinien sowie Effizienzkennfeldern verglichen. Daraufhin werden die Verlustleistungskennfelder messtechnisch in die Bestandteile Kupferverluste, mechanische Verluste und Eisenverluste untergliedert. Abschließend erfolgt eine Betriebsanalyse der unterschiedlichen Maschinen, bei der die mittleren Verlustleistungen und Wirkungsgrade anhand von Messdaten berechnet werden. Neben der Gegenüberstellung der Maschinen werden auch die einzelnen Verlustanteile im Fahrbetrieb verglichen, um Verbesserungspotentiale bei der Weiterentwicklung der Maschinen aufzuzeigen. Es wird deutlich, dass die Eisenverluste im Fahrbetrieb den dominierenden Verlustanteil darstellen und mit höchster Priorität zu reduzieren sind. %Z Studienarbeit

@mastersthesis{Nagel.01.07.2020, abstract = {In dieser Arbeit wird anhand der eigenentwickelten Elektromotoren eines Formula Student Rennwagens vom GreenTeam der Universit{\"a}t Stuttgart eine hochdrehende und hoch ausgenutzte permanentmagnetisch erregte Synchronmaschine charakterisiert, indem einerseits eine Offline-Parameteridentifikation durchgef{\"u}hrt und andererseits das Betriebsverhalten im Vergleich mit zwei weiteren Elektromotoren analysiert wird. Bei der Parametrisierung werden der Strangwiderstand und die Permanentmagnetflussverkettung temperaturabh{\"a}ngig bestimmt. F{\"u}r die Messung der absoluten Induktivit{\"a}ten wird ein Verfahren entwickelt, das mit einem externen Leistungsmessger{\"a}t und wenigen Schnittstellen zum Wechselrichter erfolgt, ohne hierzu die gestellten Strangspannungen aus der Wechselrichterregelung zu ben{\"o}tigen. Die daraus resultierenden stromabh{\"a}ngigen Kennfelder ber{\"u}cksichtigen Eisens{\"a}ttigungs- und Kreuzkopplungseffekte und weisen eine hohe {\"U}bereinstimmung mit den simulierten Kennfeldern auf. Bei den anschlie{\ss}end ermittelten differentiellen Induktivit{\"a}ten wird gezeigt, dass die differentielle Induktivit{\"a}t L:dd f{\"u}r hoch ausgenutzte Maschinen und negative i:1d-Str{\"o}me gr{\"o}{\ss}er als die absolute Induktivit{\"a}t L:d ist. Zum Abschluss der Parameteridentifikation werden die Ergebnisse anhand eines Vergleichs zwischen den gemessenen und den berechneten Drehmomenten validiert. Die Ergebnisse weisen eine hohe {\"U}bereinstimmung auf und zeigen, dass insbesondere bei h{\"o}heren Drehzahlen der Einfluss der Eisenverluste auf die Parametrisierung zu ber{\"u}cksichtigen ist. Das Betriebsverhalten der unterschiedlichen Maschinen wird zun{\"a}chst anhand von Drehmoment- und Leistungskennlinien sowie Effizienzkennfeldern verglichen. Daraufhin werden die Verlustleistungskennfelder messtechnisch in die Bestandteile Kupferverluste, mechanische Verluste und Eisenverluste untergliedert. Abschlie{\ss}end erfolgt eine Betriebsanalyse der unterschiedlichen Maschinen, bei der die mittleren Verlustleistungen und Wirkungsgrade anhand von Messdaten berechnet werden. Neben der Gegen{\"u}berstellung der Maschinen werden auch die einzelnen Verlustanteile im Fahrbetrieb verglichen, um Verbesserungspotentiale bei der Weiterentwicklung der Maschinen aufzuzeigen. Es wird deutlich, dass die Eisenverluste im Fahrbetrieb den dominierenden Verlustanteil darstellen und mit h{\"o}chster Priorit{\"a}t zu reduzieren sind.}, added-at = {2022-10-25T14:13:37.000+0200}, address = {Stuttgart}, annote = {{Studienarbeit}}, author = {Nagel, Urs}, biburl = {https://puma.ub.uni-stuttgart.de/bibtex/22ae58307ea1ca31cb4af6514be256cf3/iew_homepage}, editor = {Waldhof, Marcel}, editortype = {collaborator}, file = {Nagel 01.07.2020 - Charakterisierung einer hoch ausgenutzten permanentmagnetisch:S\:\\Mitarbeiter\\01_Bibliothek\\01_Literatur\\Citavi Attachments\\Nagel 01.07.2020 - Charakterisierung einer hoch ausgenutzten permanentmagnetisch.pdf:pdf;Nagel 01.07.2020 - Charakterisierung einer hoch ausgenutzten permanentmagnetisch:S\:\\Mitarbeiter\\01_Bibliothek\\01_Literatur\\Citavi Attachments\\Nagel 01.07.2020 - Charakterisierung einer hoch ausgenutzten permanentmagnetisch.pptx:pptx}, interhash = {3d93d0e013e0c88efab4b99d1d7b34e3}, intrahash = {2ae58307ea1ca31cb4af6514be256cf3}, keywords = {Eisens{\"a}ttigung Eisenverluste Induktivit{\"a}tsmessung Kennfeld Messdaten Parameteridentifikation Temperaturabh{\"a}ngigkeit Verluste Verlustmessung hochdrehende_Maschinen iew_stua_em permanentmagnetisch_erregte_Synchronmaschine}, publisher = {Institut f{\"u}r elektrische Energiewandlung}, school = {{Universit{\"a}t Stuttgart}}, timestamp = {2022-10-25T12:14:06.000+0200}, title = {{Charakterisierung einer hoch ausgenutzten permanentmagnetisch erregten Synchronmaschine: Characterization of a Highly Utilized Permanent Magnet Synchronous Machine}}, year = {2020-07-01} }