Asynchronmaschinen – Dynamischer Betrieb

Zusammenfassung

Bei Dynamischer Betrieb denkt man zunächst an Vorgänge mit schnellen Drehzahländerungen. Gegenüber dem (im Kapitel Vier behandelten) quasistationären Betrieb werden zusätzlich die elektromagnetischen Ausgleichsvorgänge betrachtet. Damit wird dann auch der Betrieb am leistungselektronischen Stellglied beschreibbar. Im einleitenden Abschnitt wird das zu behandelnde System in den Blick genommen; ein dimensionsloser Parameter gibt Orientierung ob eine „langsame“ oder „schnelle“ Drehzahländerung zu erwarten ist.

Im Abschnitt Mathematisches Modell – Grundform werden die Spannungsgleichungen für Stator- und Rotorwicklung, das elektrodynamische Drehmoment und die Bewegungsgleichung formuliert. Mit den Randbedingungen, die durch die elektrische Quelle und die mechanische Last gesetzt sind, können die aufgenommenen Strangströme und die Rotorstellung als Zeitfunktionen berechnet werden. Der Zusatz Grundform ist gewählt, um anzuzeigen, dass die Stromverdrängung in den Rotorstäben hier noch außer acht bleibt. Das System gekoppelter gewöhnlicher Differentialgleichungen ist so formuliert, dass es gleichermaßen für Schleifring- und Kurzschlussläufermaschinen gilt. Mit der Transformation in ein gemeinsames Koordinatensystem wird eine Form angegeben, die für die weitere Analyse zweckmäßig ist.

Mit Feldorientierter Betrieb wird eine Betriebsart dargestellt, die auf eine (schnelle) Drehmomentregelung abzielt. Kerngröße ist das elektromagnetisch entwickelte Drehmoment, das hier mit dem Rotorfluss proportionalen Magnetisierungsstrom-Raumzeiger formuliert ist.

Der Abschnitt Analytische Integration der Systemgleichungen hat die Simulation des Gesamtsystems aus Transistorwechselrichter mit Spannungszwischenkreis, Asynchronmaschine und Last zum Gegenstand. Damit wird ein vielseitig verwendbares „Analysewerkzeug“ vorgestellt. Dadurch, dass die theoretischen Grundlagen und die mathematischen Prozeduren für den Nutzer völlig transparent sind, ist das Programm auch bei der Behandlung neuer oder überraschender Phänomene einsetzbar, auch individuelle Anpassungen oder Erweiterungen sind für den Anwender möglich.

Das Betriebsverhalten von Käfigläufermaschinen wird wesentlich durch die Stromverdrängung in den Rotorstäben beeinflusst. Hier wird nun die analytische Lösung der Wirbelstromgleichung für die Stabströme in die analytische Integration des Gesamtsystems einbezogen. So können Wirbelstromläufer methodisch konsistent mit der obengenannten Grundform des mathematischen Modells behandelt werden.

An das Kapitelende sind einige Anmerkungen zum PC-Programm und Beispielrechnungen gestellt.