AbstractThis paper deals with the calculation of the commutation process in permanent magnet commutator motors (PM-DC motors). The theoretical principles and the influencing factors of the commutation are discussed. The paper also summarizes the most important measurement and assessment methods. The procedures are explained with the help of examples and evaluated in terms of effort and its significance. The analysis of known calculation techniques and their suitability and limitations concludes this topic. The developed simulation model of a complete drive system allows studying the commutation in all operating conditions. The model includes the influence of the magnetic circuit, the motor control, the drive mechanism and the brush-commutator contact system. The creation and configuration of the drive models will be discussed, including specific characteristics of fractional horsepower PM-DC motors. A focus is the behavior of the contact system and its simulation with all the essential parameters. Following this, the simulation models are used to analyze practical issues related to the commutation. The calculation results give directions for the construction and design of PM-DC motors.
In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren zur Berechnung der Kommutierung bei permanentmagneterregten Kommutatormotoren (PM-DC-Motoren) vorgestellt. Darüber hinaus werden die Grundlagen der Stromwendung und die sie beeinflussenden Faktoren diskutiert. Im Rahmen der Arbeit erfolgt zudem eine Zusammenfassung der wichtigsten Methoden zur Messung und Beurteilung der Kommutierung, da diese Untersuchungen für die Kleinmaschinenentwicklung nach wie vor hoch relevant sind. Die Verfahren werden anhand von konkreten Beispielen erläutert und hinsichtlich Aufwand und ihrer Aussagekraft bewertet sowie zur Validierung des neuen Berechnungsansatzes herangezogen. Die Analyse bekannter Berechnungsverfahren auf deren Eignung und Grenzen schließt diesen Themenkomplex ab.Mittels des neu entwickelten Simulationsansatzes für ein vollständiges Antriebssystems kann die Stromwendung in allen Betriebszuständen analysiert werden. Die Modellbeschreibung umfasst den Einfluss des Magnetkreises, der Ansteuerung, der Antriebsmechanik und des Kontaktsystems Bürste-Kommutator. Die Erstellung und Parametrierung der Antriebsmodelle wird unter Einbeziehung spezifischer Charakteristika von PM-DC-Motoren kleiner Leistung erörtert. Ein Schwerpunkt bildet dabei das Verhalten des Kontaktsystems und dessen Nachbildung mit allen wesentlichen Einflussgrößen.Daran anschließend werden praxisrelevante Fragestellungen zum Kommutierungsverhalten mit Hilfe der Antriebssimulation analysiert. Aufbauend auf den Berechnungsergebnissen lassen sich Gesichtspunkte zur Konstruktion und Auslegung von PM-DC-Motoren ableiten.
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