LEA2 Beschreibung von DFM
Leistungselektronik und Antriebstechnik 2:Geregelte Antriebe mit Drehfeldmaschinen und selbstgeführte Stromrichter.
Leistungselektronik und Antriebstechnik 2:Geregelte Antriebe mit Drehfeldmaschinen und selbstgeführte Stromrichter.
Was ist der ungefähre Leistungsbereich und Marktanteil von ASM und SM?
ASM: 100 W bis > 1MW; ca. 90%
SM: mW bis > 10 MW: ca. 8%
Was begrenzt die Baugrössen?
- Magnetische Sättigung
- Erwärmung der Wicklung
- Mechanische Festigkeit (Drehzahl, Fliehkräfte)
Was wird bei einer DFM in erster Linie zum Drehen gebracht?
Das magnetische Feld.
Bei welchem Maschinentyp ist der Wirkungsgrad im Nennbereich am höchsten? (AMS, SM und PMSM)
- PMSM
- SM
- ASM
Was für Einflüsse können den Wirkungsgrad bestimmen und wie nimmt der Einfluss in Bezug zur Maschinenabmessung zu?
- Den Magnetweg nimmt linear zu
- die Kupferfläche in den Nuten nimmt quadratisch zu
- der Luftspalt unterproportional zu (Fertigungstoleranzen)
Allg: Der Wirkungsgrad steigt bei grösserer Maschine und der Magnetisierungsstrom nimmt ab.
Warum wird der Wirkungsgrad einer PMSM im Feldstellbereich schlechter?
Weil ein grosser Strom für das magnetische Gegenfeld gebraucht wird.
In was für einem Betrieb können DFM für einfache Regelkonzepte betrachtet werden?
Im stationären Betrieb
Was wird für die elektrische Strang-Ersatzschaltung noch implizit Angenommen?
- Die Maschinen sind elektrisch und mechanisch symmetrisch aufgebaut
- Alle drei Maschinenstränge werden symmetrisch gespeist
- In den Speisegrössen treten keine Gleichtaktkomponenten (common mode) auf.
- Es wird mit den Effektivwerten von Strömen und Spannungen gerechnet.
- Die Maschinen befinden sich im stationären Betrieb
Was ist der Grund Ansatz des Funktionsprinzips einer ASM?
Dass die Statorströme einen harmonischen Feldverlauf erzeugen.
Was muss bei einer ASM gegeben sein, damit ein Drehmoment entsteht und weshalb würde keines entstehen?
Das Rotorfeld und der Fluss dürfen nicht gleich schnell drehen. Es würde keine Spannung induziert, wodurch kein Stromfluss stattfinden würde. Kein Stromfluss heisst auch keine Kraft (Lorentzkraft)
Wovon ist bei einer ASM die Kraft auf einen einzelnen Leiter (Käfigläufer) abhängig?
- Von der Rotorabmessungen r und l
- von der Feldstärke B im Quadrat
- von der Differenz zwischen Stator- und Rotorgeschwindigkeit
Wovon ist das Drehmoment in einer ASM abhängig?
- von der Kraft auf die Leiter (Käfigläufer)
- vom Rotordurchmesser
Wie wird der Schlupf berechnet?
\(s = \frac {\omega_S - p\omega_{me}} {\omega_S} = \frac {\omega_R} {\omega_S}\)
Womit muss die Transformator Ersatzschaltung ergänzt werden, um die Ersatzschaltung für Kurzschlussläufer ASM zu erhalten?
Mit dem Rotor- und dem mechanischen-Widerstand (in Serie)
Was interessiert bei einer ASM vor allem beim Drehmoment in der Funktion der Rotorkreisfrequenz?
Das Kippmoment respektive der Kippschlupf.
Was sind bei einer ASM Nichtidealitäten?
- Stromverdrängung im Statorkreis (Ansteigen von \(R_S\); Absinken von \(L_{\sigma S}\))
- Stromverdrängung im Rotorkreis (Eindringtiefe bei 50 Hz nur noch 9 mm)
- Temperaturabhängigkeit der Widerstände
Bezüglich wozu stehen die \(\alpha \beta\)-, dq- und xy-Koordinatensysteme still?
\(\alpha \beta\): statorfest; dq: rotorfest; xy:drehfeldfest
Wofür werden die Raumzeiger Normiert?
Damit die Länge den Scheitelwerten der jeweiligen Grössen entspricht. Dabei entspricht die Skalierung dem Faktor 2/3.
Was ist bei der Transformation zwischen Koordinatensysteme noch zusätzlich notwendig?
Der Winkel zum anderen Koordinatensystem \(\gamma (t)\)
Was sind die Voraussetzungen der ASM in der RZ-Dastellung?
- Die magnetischen Eigenschaften, und damit die Ersatzelemente der Maschine, sind
zeitlich konstant und linear. Insbesondere tritt keine Sättigung auf. - Der Strombelag, und in der Folge die magnetische Flussdichte, sind über dem Lufts-
palt-Umfang sinusförmig, d.h. es tritt nur deren Grundschwingung auf. - Alle Ersatzelemente sind Temperatur unabhängig.
- Die Eisenverluste sind vernachlässigbar klein; im Modell sind sie Null gesetzt.
- Die Summe der Wicklungsströme ist null, d.h. es tritt keine Null- oder Gleichtaktkom-
ponente in den Strömen und im magnetischen Feld auf.
Wie vielter Ordnung ist ein \(\alpha \beta\)-System einer ASM und weshalb ist es nichlinear?
Ein System 5ter Ordnung. Die nicht Linearität kommt von der Kopplung zwischen den Gleichungen.
Wo werden die \(\alpha \beta\)-RZ-Darstellung von ASM verwendet?
- Hochlauf der Maschine am starren Netz
- Stern-Dreieck-Umschaltung für den Anlauf von ASM
- Ausfall einer Phase
- Klemmen-Kurzschluss bei laufender Maschine
- Einfluss der Pulsweitenmodulation auf Strom, Fluss, Drehmoment und Drehzahl
- Sanft-Anlauf über Wechselspannungssteller.
Was gibt es für SM Bauformen und was ist der grundlegende Unterschied? (mechanisch und elektrisch)
Schenkelpol: Mech: Der Rotor ist nicht rund. elektr: Dadurch weisen unterschiedliche Längs- und Quer-Induktivitäten auf.
Vollpol: Mech: Der Rotor ist rund ausgeführt. elektr: Durch die runde Ausführung sind Längs- und Quer-Induktivitäten gleich.
Weshalb wir bei SM das dq-Koordinatensystem gewählt?
Weil das erzeugte Feld der Erregerwicklung bezüglich des Rotors still steht.
Was kann den Gleichungen zur beschreibung der SM entnommen werden?
- Es findet eine Kopplung zwischen den d- und q- Komponenten statt
- Erreger- und Dämpferwicklung sind transformatorisch mit den Statorwicklungen gekoppelt.
- Ausser bei den Spannungen findet die Kopplung nur auf derselben Achse statt
Was ist die Aufgabe von Dämpferwicklungen?
Sie sollen die Pendelungen des Polrades dämpfen und die Verluste im Rotor reduzieren.
Was wir für die Anwendung der Gleichungen der SM noch weiter vereinfacht?
- Die drei Kopplungsinduktivitäten in d Richtung werden einander gleich gesetzt sowie auch die Induktivität in q Richtung.
- Die Dämpferwicklungen werden eggelassen.
- Das durch das Polrad verursachte Feld wird als konstant angenommen.
Was für eine Grösse muss bei der dq-Darstellung einer SM bekannt sein, damit die Umrechnung gemacht werden kann?
Der Winkel \(\gamma (t)\) also die Lage des Polrades in Bezug zum Stator.
Was heisst eine statische Betrachtung einer SM?
Dass alle Ableitungen der Flüsse (Änderung) in der dq-Darstellung null sind.
Zu welchen grössen ist die Polradspannung einer SM direkt proportional?
Zur Drehzahl \(\omega_{me}\) und bei fremderregten Maschinen zum Erregerstrom
Was kann bei einer SM- Vollpolmaschine ohne Polradspannung nicht entstehen?
Ein Drehmoment/ eine Leistung
Wozu ist die Leistung respektive das Drehmoment einer SM proportional?
Zum Sinus des Polradwinkels
-
- 1 / 32
-
Flashcards
Was ist der ungefähre Leistungsbereich und Marktanteil von ASM und SM?
ASM: 100 W bis > 1MW; ca. 90%
SM: mW bis > 10 MW: ca. 8%
Was begrenzt die Baugrössen?
- Magnetische Sättigung
- Erwärmung der Wicklung
- Mechanische Festigkeit (Drehzahl, Fliehkräfte)
Was wird bei einer DFM in erster Linie zum Drehen gebracht?
Das magnetische Feld.
Bei welchem Maschinentyp ist der Wirkungsgrad im Nennbereich am höchsten? (AMS, SM und PMSM)
- PMSM
- SM
- ASM
Was für Einflüsse können den Wirkungsgrad bestimmen und wie nimmt der Einfluss in Bezug zur Maschinenabmessung zu?
- Den Magnetweg nimmt linear zu
- die Kupferfläche in den Nuten nimmt quadratisch zu
- der Luftspalt unterproportional zu (Fertigungstoleranzen)
Allg: Der Wirkungsgrad steigt bei grösserer Maschine und der Magnetisierungsstrom nimmt ab.
Warum wird der Wirkungsgrad einer PMSM im Feldstellbereich schlechter?
Weil ein grosser Strom für das magnetische Gegenfeld gebraucht wird.
In was für einem Betrieb können DFM für einfache Regelkonzepte betrachtet werden?
Im stationären Betrieb
Was wird für die elektrische Strang-Ersatzschaltung noch implizit Angenommen?
- Die Maschinen sind elektrisch und mechanisch symmetrisch aufgebaut
- Alle drei Maschinenstränge werden symmetrisch gespeist
- In den Speisegrössen treten keine Gleichtaktkomponenten (common mode) auf.
- Es wird mit den Effektivwerten von Strömen und Spannungen gerechnet.
- Die Maschinen befinden sich im stationären Betrieb
Was ist der Grund Ansatz des Funktionsprinzips einer ASM?
Dass die Statorströme einen harmonischen Feldverlauf erzeugen.
Was muss bei einer ASM gegeben sein, damit ein Drehmoment entsteht und weshalb würde keines entstehen?
Das Rotorfeld und der Fluss dürfen nicht gleich schnell drehen. Es würde keine Spannung induziert, wodurch kein Stromfluss stattfinden würde. Kein Stromfluss heisst auch keine Kraft (Lorentzkraft)
Wovon ist bei einer ASM die Kraft auf einen einzelnen Leiter (Käfigläufer) abhängig?
- Von der Rotorabmessungen r und l
- von der Feldstärke B im Quadrat
- von der Differenz zwischen Stator- und Rotorgeschwindigkeit
Wovon ist das Drehmoment in einer ASM abhängig?
- von der Kraft auf die Leiter (Käfigläufer)
- vom Rotordurchmesser
Wie wird der Schlupf berechnet?
\(s = \frac {\omega_S - p\omega_{me}} {\omega_S} = \frac {\omega_R} {\omega_S}\)
Womit muss die Transformator Ersatzschaltung ergänzt werden, um die Ersatzschaltung für Kurzschlussläufer ASM zu erhalten?
Mit dem Rotor- und dem mechanischen-Widerstand (in Serie)
Was interessiert bei einer ASM vor allem beim Drehmoment in der Funktion der Rotorkreisfrequenz?
Das Kippmoment respektive der Kippschlupf.
Was sind bei einer ASM Nichtidealitäten?
- Stromverdrängung im Statorkreis (Ansteigen von \(R_S\); Absinken von \(L_{\sigma S}\))
- Stromverdrängung im Rotorkreis (Eindringtiefe bei 50 Hz nur noch 9 mm)
- Temperaturabhängigkeit der Widerstände
Bezüglich wozu stehen die \(\alpha \beta\)-, dq- und xy-Koordinatensysteme still?
\(\alpha \beta\): statorfest; dq: rotorfest; xy:drehfeldfest
Wofür werden die Raumzeiger Normiert?
Damit die Länge den Scheitelwerten der jeweiligen Grössen entspricht. Dabei entspricht die Skalierung dem Faktor 2/3.
Was ist bei der Transformation zwischen Koordinatensysteme noch zusätzlich notwendig?
Der Winkel zum anderen Koordinatensystem \(\gamma (t)\)
Was sind die Voraussetzungen der ASM in der RZ-Dastellung?
- Die magnetischen Eigenschaften, und damit die Ersatzelemente der Maschine, sind
zeitlich konstant und linear. Insbesondere tritt keine Sättigung auf. - Der Strombelag, und in der Folge die magnetische Flussdichte, sind über dem Lufts-
palt-Umfang sinusförmig, d.h. es tritt nur deren Grundschwingung auf. - Alle Ersatzelemente sind Temperatur unabhängig.
- Die Eisenverluste sind vernachlässigbar klein; im Modell sind sie Null gesetzt.
- Die Summe der Wicklungsströme ist null, d.h. es tritt keine Null- oder Gleichtaktkom-
ponente in den Strömen und im magnetischen Feld auf.
Wie vielter Ordnung ist ein \(\alpha \beta\)-System einer ASM und weshalb ist es nichlinear?
Ein System 5ter Ordnung. Die nicht Linearität kommt von der Kopplung zwischen den Gleichungen.
Wo werden die \(\alpha \beta\)-RZ-Darstellung von ASM verwendet?
- Hochlauf der Maschine am starren Netz
- Stern-Dreieck-Umschaltung für den Anlauf von ASM
- Ausfall einer Phase
- Klemmen-Kurzschluss bei laufender Maschine
- Einfluss der Pulsweitenmodulation auf Strom, Fluss, Drehmoment und Drehzahl
- Sanft-Anlauf über Wechselspannungssteller.
Was gibt es für SM Bauformen und was ist der grundlegende Unterschied? (mechanisch und elektrisch)
Schenkelpol: Mech: Der Rotor ist nicht rund. elektr: Dadurch weisen unterschiedliche Längs- und Quer-Induktivitäten auf.
Vollpol: Mech: Der Rotor ist rund ausgeführt. elektr: Durch die runde Ausführung sind Längs- und Quer-Induktivitäten gleich.
Weshalb wir bei SM das dq-Koordinatensystem gewählt?
Weil das erzeugte Feld der Erregerwicklung bezüglich des Rotors still steht.
Was kann den Gleichungen zur beschreibung der SM entnommen werden?
- Es findet eine Kopplung zwischen den d- und q- Komponenten statt
- Erreger- und Dämpferwicklung sind transformatorisch mit den Statorwicklungen gekoppelt.
- Ausser bei den Spannungen findet die Kopplung nur auf derselben Achse statt
Was ist die Aufgabe von Dämpferwicklungen?
Sie sollen die Pendelungen des Polrades dämpfen und die Verluste im Rotor reduzieren.
Was wir für die Anwendung der Gleichungen der SM noch weiter vereinfacht?
- Die drei Kopplungsinduktivitäten in d Richtung werden einander gleich gesetzt sowie auch die Induktivität in q Richtung.
- Die Dämpferwicklungen werden eggelassen.
- Das durch das Polrad verursachte Feld wird als konstant angenommen.
Was für eine Grösse muss bei der dq-Darstellung einer SM bekannt sein, damit die Umrechnung gemacht werden kann?
Der Winkel \(\gamma (t)\) also die Lage des Polrades in Bezug zum Stator.
Was heisst eine statische Betrachtung einer SM?
Dass alle Ableitungen der Flüsse (Änderung) in der dq-Darstellung null sind.
Zu welchen grössen ist die Polradspannung einer SM direkt proportional?
Zur Drehzahl \(\omega_{me}\) und bei fremderregten Maschinen zum Erregerstrom
Was kann bei einer SM- Vollpolmaschine ohne Polradspannung nicht entstehen?
Ein Drehmoment/ eine Leistung
Wozu ist die Leistung respektive das Drehmoment einer SM proportional?
Zum Sinus des Polradwinkels
