Schwingungsreduktion und Reluktanzmaschinen

Dahlmann, Martin

Die vorliegende Dissertation ist eine theoretische Arbeit mit mehreren Schwerpunkten. Einleitend ist gezeigt, wie aus der mechanischen Leistung die Konzepte von Schwingungsisolation und Schwingungstilgung folgen und welchen Einfluss die Systemgrenzen haben. Das Grundlagenkapitel befasst sich mit der Leistungswandlung und Energiespeicherung in Reluktanzmaschinen. Dabei ist auch die magnetische Energie in polarisierten Systemen betrachtet und in der Fluss-Durchflutung-Ebene dargestellt. Die Funktion der Reluktanzmaschine ist anhand von Kraftkennlinien erklärt, die aus den integralen Kraftkennfeldern folgen. Das Entwicklungskapitel beschreibt eine iterative Methode um Steuersignale zu berechnen, mit denen die Lautstärke von Reluktanzmaschinen geringer ist. Dafür wird der Verlauf des magnetischen Flusses über der Position des Rotors nach diversen Kriterien schrittweise verändert. Als Ergebnis liegen Kommutierungstabellen vor, die auf minimale Akustik, minimale Drehmomentwelligkeit oder maximale Energieeffizienz optimiert sind. Das Forschungskapitel beginnt mit der Frage, wie viele Phasen eine Reluktanzmaschine haben muss. Ein inverser Entwurf zeigt, dass zwei Phasen genügen, um an jeder Position des Rotors in beide Richtungen der Bewegung eine Kraft erzeugen zu können. Dabei wird gezielt auch die Gegeninduktivität genutzt und mit bipolarem Strom gearbeitet. Eine Analyse der erhöhten Blindleistung und die Bauform als Transversalflussmaschine schließen dieses Kapitel ab. Der Ausblick enthält neben dem kurzen Fazit auch allgemeine Empfehlungen zur weiteren Forschung für Reluktanzmaschinen. Ein großes Potenzial liegt in der Optimierung von Forschung allgemein und den daran beteiligten Prozessen, vor allem der Software.

This dissertation is a theoretical work on multiple subjects. Starting with the mechanical power, the concepts of vibration isolation and vibration absorption are derived and the influence of the systems boundary choice is indicated. The basics chapter deals with power conversion and energy storage in reluctance machines. Visualization of magnetic energy is done in the flux-mmf-plane, also detailed for polarized magnetic systems. The operation of reluctance machines is explained using force characteristics of individual phases. The development chapter describes an iterative method to calculate a control signal which reduces the noise of reluctance machines. Therefore, the magnetic flux as a function of the rotor position is iteratively adjusted through various criteria. The results are commutation tables, which are optimized for minimal acoustic emissions, minimal torque ripple, or high efficiency. The research chapter builds on the question, how many phases a reluctance machine requires. An inverse design reveals that two phases are sufficient to produce a force in both directions of movement and at any position of the rotor. Therefore, a bipolar current utilizes the mutual inductance too. An analysis of increased reactive power and a construction as transversal flux machine conclude this chapter. At the end a short summary and recommendations for future research on reluctance machines are given. A large potential lies in the optimization of research overall and the involved processes, especially the software.

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Dahlmann, Martin: Schwingungsreduktion und Reluktanzmaschinen. Ilmenau 2018.

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