Entwurf von schnellschaltenden (hochdynamischen) neutralen Elektromagnetsystemen

Keilig, Ralf GND

The present dissertation document is to be assigned to the design of neutral electromagnet systems. In particular the dimensioning of a fast switching electromagnetical drive is considered as an optimisation of a mechatronical system. It is possible to design magnetical drives with switching times of some hundred microseconds and magnetic forces in the range of 50 ... 150 N by taking into consideration the characteristics of the subsystems (like electrical output stage,magnetic circuit, mechanical load and power dissipation/heating) influencing themselves mutually. Optimisation models that are suitable for the design of fast switching drives are carried off building up on the method of the solenoid optimisation with equivalent magnetic circuits according to static aspects. By use of the software tool SESAM it is possible to design efficiently the magnetic circuit and subsequent check of the dynamic parameters by simulation of a complete duty cycle in consideration of the properties of the electrical output stage with a single software tool. The influence of the power amplifier, the magnetic circuit material, the recuperator spring and the coil design on dynamic properties is shown for fast switching electromagnets. The comparison of characteristics of exemplarily dimensioned neutral cylindrical electromagnets confirmes the theoretical studies. Furthermore, selected special features of the recovery of measurement results of fast switching electromagnetical drives are represented. Experimental tests are used among other things for the validation of the simulation models.

Die vorliegende Dissertationsschrift ist der Auslegung von neutralen Elektromagnetsystemen zuzuordnen. Insbesondere wird die Dimensionierung eines schnellschaltenden Elektromagnetantriebes als Optimierung eines mechatronischen Systems betrachtet. Durch die Beachtung der Eigenschaften der sich gegenseitig beeinflussenden Teilsysteme elektrisches Leistungsstellglied, Magnetkreis, mechanische Last und Verlustleistung/Erwärmung ist es möglich, Magnetantriebe mit Schaltzeiten im Bereich einiger Hundert Mikrosekunden und Magnetkräften im Bereich von 50 ... 150 N auszulegen. Aufbauend auf der Methode der Optimierung von Magnetkreisen mit Netzwerkmodellen nach statischen Gesichtspunkten werden Optimierungsmodelle abgeleitet, die für die Auslegung von hochdynamischen Antrieben geeignet sind. Durch die Anwendung des Software-Tools SESAM ist es möglich, die Magnetkreisdimensionierung und die anschließende Kontrolle der Dynamikparameter durch Dynamiksimulation eines kompletten Schaltzyklusses unter Beachtung der Eigenschaften des Leistungsstellgliedes mit einem einzigen Werkzeug effizient zu gestalten. Es wird der Einfluß des Leistungsstellgliedes, des Magnetkreismaterials, der Rückstellfeder und der Spulenauslegung auf die Dynamikeigenschaften schnellschaltender Elektromagnete aufgezeigt. Der Vergleich von Eigenschaften beispielhaft dimensionierter neutraler zylindrischer Elektromagnete bestätigen die theoretischen Untersuchungen. Weiterhin werden ausgewählte Besonderheiten der meßtechnischen Erfassung schnellschaltender Elektromagnete dargestellt. Die experimentellen Untersuchungen dienen u.a. der Validierung der Simulationsmodelle.

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Keilig, Ralf: Entwurf von schnellschaltenden (hochdynamischen) neutralen Elektromagnetsystemen. 2008.

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