HTW Dresden Arbeitsgruppe Elektrische Maschinen an der
Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH)





   

Forschungsschwerpunkt: Simulation Elektrischer Maschinen


     

Problemstellung

Vor allem unter dem Gesichtspunkt der erneuerbaren Energien laufen Entwicklungen zum Elektroantrieb bei fast allen Herstellern straßen- und schienengebundener Fahrzeuge. Bereits bei dieselelektrischen Fahrzeugen wird allgemein eine Kraftstoffersparnis von 10 bis 20% erwähnt. Um die steigenden Anforderungen an moderne Fahrzeuge hinsichtlich niedrigeren Verbrauchs, dynamischen Leistungsverhaltens und Lebensdauer erfüllen zu können ist es notwendig, sie mit speziell für das jeweilige Profil angepassten Elektroantrieben zu kombinieren.
Häufig muss bereits in den Entwurf das dynamische Betriebsverhalten und das Zusammenwirken der elektrischen Maschine mit den anderen Antriebskomponenten wie Energieerzeuger /-speicher und Wechselrichter oder weiteren mechanischen Funktionselementen berücksichtigt werden. In diesem Fall müssen die im Entwurf berechneten Parameter in eine Simulation einbezogen werden.




 

     

hybridantrieb

Bild: Struktur eines seriellen Hybridantriebes

Fahrzeug

Wesentliche Merkmale des seriellen Hybridantriebes sind:

  • Elektromotor ist für die gesamte Antriebsleistung dimensioniert

  • Verbrennungsmotor und Generator dienen der Erzeugung     der elektrischen Energie

  • Regelelektronik steuert Energiefluss zwischen Generator, Stromrichter mit Energiespeicher und E-Motor

  • Verbrauchs- und emissionsoptimierter Betrieb des Verbrennungsmotors ist möglich

  • Reduktion des Gesamtenergieverbrauchs setzt sehr         guten Gesamtwirkungsgrad voraus

      Simplorer Modell

Bild: Simulationsmodell in SIMPLORER
 


Leistungsfaktor
Bild: Vergleich des Leistungsfaktors

Simulationsmodell

Das Simulationsmodell besteht im einfachsten Fall aus den Komponenten

  • Zwischenkreis mit Energiespeicher

  • Wechselrichter mit Regelung

  • Maschinenmodell

  • mechanisches System.

Die Simulation erfolgt mit dem Programm Simplorer. Dazu wurde ein eigenes Motormodell entwickelt. Das Motormodell PMSM ist das Modell einer permanent erregten Synchronmaschine. Das Modell besitzt für die 3 Stränge drei offene Wicklungen, das Gleichungssystem ist im polradfesten d-q-Koordinatensystem implementiert. Da das Modell über offene Wicklungsanfänge verfügt und das Nullsystem implementiert ist, ist es sehr universell nutzbar und ermöglicht auch Simulationen mit unsymmetrischen Belastungen bis hin zum Kurzschluss.
 

Simulationsergebnisse

 

Neben den Oberwellenerscheinungen innerhalb der Maschine werden durch den Wechselrichterbetrieb Oberschwingungen in die Maschine eingeprägt, die zu untersuchen sind. Auswirkungen sind vor allem auf das Drehmoment und den Leistungsfaktor zu erwarten. Bei Umrichterbetrieb ist nicht nur der Leistungsfaktor cosj1 der Grundschwingung, sondern auch der Leistungsfaktor l der oberschwingungsbehafteten Größen von Interesse.
Das Bild zeigt den berechneten, simulierten und gemessenen Verlauf des Leistungsfaktors eines elektrischen Traktionsantriebes.



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