Lehrstuhl für Elektrische Antriebe und Mechatronik

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Früher unter dem Titel: Lehrstuhl für Elektrische Maschinen, Antriebe und Leistungselektronik

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    Die elektromechanische Kopplung als Ursache von Torsionsschwingungen sowie deren Auswirkungen auf den Wellenstrang
    (2014-05-28) Joswig, Frank; Kulig, Stefan; Hirsch, Holger
    In dieser Arbeit wurden besondere Auswirkungen der elektromagnetischen Kopplung auf die Wellenstränge von Turbogeneratoren untersucht. Es wurde nachgewiesen, dass durch asynchron laufende Drehfeldmaschine zusätzliche Stromanteile im Netz entstehen, welche in Synchrongeneratoren zu kritischen Torsionsanregungen im subsynchronen und im supersynchronen Bereich führen können. Es wurde gezeigt, dass bereits sehr kleine Anregungsamplituden ausreichen, um deutliche Torsionsanregungen herbeizuführen. Ferner wurde nachgewiesen, dass durch leistungselektronische Anlagen eine Torsionsanregung und folglich Gefährdung des Wellenstrangs erfolgen kann. In allen Fällen wurde deutlich, dass die Beurteilung einer Gefahr für den Wellenstrang stets einer vielschichtigen Betrachtung bedarf. Auch zeigt sich, dass standarisierte Berechnungsmethoden (z.B. mittels Park’schem Ersatzschaltbild) teilweise an ihre Grenzen stoßen. Schließlich ist die Bedeutung der Torsionsdämpfung nochmals deutlich zu Tage getreten.
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    Einfluss der Eisensättigung in Kraftwerkstransformatoren auf die subtransienten Generatorströme
    (2013-12-10) Ye, Zhijun; Kulig, Tadeusz Stefan; Rehtanz, Christian
    Moderne Kraftwerke sind mit automatischen Synchronisationseinrichtungen ausgestattet. Daher gehört die Fehlsynchronisation zu den seltenen Störfällen. Bei Versagen der Automatik zählt sie jedoch zu den schwersten Störfällen. Sie kann zu schweren Schäden am Generator, an den Turbinen und am Blocktransformator führen, wodurch sehr hohe Ausfall- und Reparaturkosten entstehen. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Einfluss der Sättigung von Kraftwerkstransformatoren auf die subtransienten Generatorströme und elektromagnetischen Luftspaltmomente in Folge der Fehlsynchronisation erforscht. Darüber hinaus wird untersucht, ob diese Größen durch den Einbauort des Leistungsschalters und durch die Sättigung des Eisenkerns des Blocktransformators wesentlich beeinflusst werden. Dazu wird zunächst anhand eines kleinen 5 kVA-Einphasentransformators ein Vergleich zwischen Berechnung und Messung durchgeführt, um zu prüfen, ob das angewandte dreidimensionale FE-Feldberechnungsprogramm Flux ausreichend genaue Ergebnisse liefert. Sowohl für den Leerlauf als auch für den Kurzschlussversuch ergeben sich relativ kleine Abweichungen (< 7 %), sodass von einer guten Übereinstimmung ausgegangen werden kann. Darauf aufbauend werden die Feldverläufe und die Änderungen der magnetischen Permeabilität im Eisenkern des ausgewählten Einphasentransformators analysiert, der im Vergleich zu den Mehrschenkel- und Mehrwicklungstransformatoren sehr einfach aufgebaut ist. Vorbereitend für die spätere Netzwerkanalyse wird die Abhängigkeit der Kurzschlussimpedanz von der angelegten Klemmenspannung bestimmt. Erwartungsgemäß nimmt wegen der Eisensättigung des Transformators die Kurzschlussimpedanz mit zunehmender Spannung ab. Den Kern der Arbeit bildet die Untersuchung der transienten Ausgleichsströme im System Generator-Transformator-Netz bei Fehlsynchronisation mit einem Winkel von 120° bzw. 180°, wobei jeweils zwei Varianten für den Einbauort des Synchronisationsschalters (auf der Ober- oder Unterspannungsseite) betrachtet werden. Die Simulationen werden sowohl mit dem Netzprogramm Netprog als auch mit dem FE-Programm Flux durchgeführt. Die daraus folgenden Ergebnisse werden analysiert und miteinander verglichen. Für die Simulationen wird ein 320 MVA-Dreischenkeltransformator als Beispiel ausgewählt. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass das Sättigungsverhalten von Dreiphasentransformatoren mittels einfacher numerisch-analytischer Ansätze, wie sie häufig in den Netzprogrammen verwendet werden, aufgrund der magnetischen Kopplungen der Wicklungen und der ungleichmäßigen Materialsättigung des Eisenkerns nicht richtig wiedergegeben werden kann. Anders als erwartet zeigen die Vergleiche, dass bei Annahme einer konstanten Permeabilität beide Programme vergleichbare Ergebnisse liefern. Eine weitere wichtige Erkenntnis aus dieser Arbeit ist, dass bei der Synchronisation auf der US-Seite nur geringfügig höhere Generatorströme entstehen als bei der Synchronisation auf der OS-Seite. Somit wurde die von Experten aufgestellte These „Man erreicht eine merkbare Reduzierung der maximalen Ströme und elektromagnetischen Luftspaltmomente, wenn der Synchronisationsschalter auf der OS-Seite eingebaut wird“ in dieser Arbeit nicht bestätigt.
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    Modelle der Synchrongeneratoren für die Simulation der subsynchronen Resonanzen
    (2010-12-08) Göbel, Carsten; Kulig, S.; Rehtanz, C.
    Subsynchrone Resonanzen (SSR) sind komplexe, dynamische Vorgänge bei denen ein Energieaustausch zwischen elektrischem Übertragungssystem und Generatorsatz stattfindet, in deren Folge unzulässig hohen Torsionsschwingungen auf den Wellensträngen auftreten, die zu schweren Schäden führen. Charakteristisch für die SSR ist das Auftreten von elektromagnetischen Momenten im Luftspalt des Generators mit Frequenzen, die unterhalb der synchronen Frequenz liegen. Um das dynamische Verhalten bei den niederfrequenten Vorgängen simulieren zu können wird ein Verfahren mittels Finite-Differenzen entwickelt, das eine exakte Erfassung des Generatorverhaltens bei subsynchronen Resonanzen erlaubt. Mit dem Modell können transiente Berechnungen mit diskreten Zeitschritten durchgeführt werden. Außerdem bietet das Modell die Möglichkeit, den Wellenstrang als Mehr-Massen-Modell einzubinden und über ein externes Vorschaltnetzwerk eine beliebige Netzkonfiguration vorzugeben. Des Weiteren werden bestehende und in der Praxis standardmäßig eingesetzte Modelle der Synchronmaschinen dahingehend untersucht, ob diese für die Simulation der subsynchronen Resonanzen eingesetzt werden können. Es wird gezeigt, dass das Ersatzschaltbild nach Park auch bei der Berechnung von Resonanzerscheinungen mit kleinen Frequenzen in gekoppelten elektromechanischen Systemen zufriedenstellende Ergebnisse liefert. Eine weitere Verbesserung in der Berechnung wird durch die Anpassung der Ersatzschaltbildparameter erzielt. Die Anpassung erfolgt über ein Optimierungsverfahren auf Grundlage der evolutionären Strategien aus den aufgezeichneten niederfrequenten Stromverläufen bei einer SSR.
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    Transientes Verhalten des Wickelkopfes großer Turbogeneratoren bei unterschiedlichen Betriebszuständen
    (2009-12-16T10:03:26Z) Exnowski, Sven; Kulig, Stefan; Peier, Dirk
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    Zur Anwendung der numerischen Feldberechnung bei der Lösung spezieller Probleme der elektromagnetischen Energiewandlung
    (2009-06-10T10:57:50Z) Klocke, Meinolf; Kulig, Stefan; Hirsch, Holger; Reichert, K.
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    Zylindrischer Linearmotor mit konzentrierten Wicklungen für hohe Kräfte
    (2008-11-26T14:25:14Z) Wegener, Ralf; Kulig, Stefan; Hameyer, Kay
    Die hier vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Auslegung einer zylindrisch aufgebauten permanenterregten Synchronlinearmaschine. Die Besonderheit der vorgestellten Maschine ist das neuartige Statorkonzept, bei dem die Spulen nicht in solenoiden Wicklungen, sondern als diskrete Einzelspulen angeordnet sind. Diese Spulen sind auf flussführenden Kernen radial um den zylindrischen Läufer herum angeordnet und in Gruppen zu je acht Spulen auf eine Phase des Drehstromsystems geschaltet. Zur Homogenisierung des Flusses im Luftspalt sind die Kerne jeder Spulengruppe mit einem Eisenring verbunden. Dieser besondere Aufbau des Stators ermöglicht eine sehr einfache und kostengünstige Herstellung der Spulen, da diese außerhalb des Motors gefertigt werden und erst zur Endmontage aufgeschoben werden können. Der Läufer des Linearmotors besteht aus einem Eisenrohr, auf das radial magnetisierte ringförmige Magnete aufgeschoben werden. Eine Verklebung oder Laminierung ist nicht erforderlich. Sowohl Läufer als auch Stator der vorgestellten Maschine werden nicht geblecht, was wiederum einen Kostenvorteil gegenüber anderen Konstruktionen darstellt. Zur Berechnung der Motorkraft wird sowohl ein einfaches analytisches Modell abgeleitet, als auch die numerische Feldberechnung verwendet. Mit Hilfe dieser Methoden wird anschließend die Konstruktion des Motors und die Auslegung der einzelnen Komponenten optimiert. Dabei wird ein Schwerpunkt auf die Maximierung der Schubkraft bei gleichzeitiger Minimierung der Rastkräfte gelegt. Für die Regelung des Motors wird ein Servoumrichter verwendet, wozu ein Positionssensor entwickelt wird, der den besonderen konstruktiven Aufbau des Motors ausnutzt. In diesem Zusammenhang wird ein mathematisches Modell des Linearmotors abgeleitet, um das Regelverhalten des Motors zu simulieren. Zur Verifikation der Motorkonstruktion und der aufgestellten Modelle wird ein Prototyp aufgebaut und umfassend vermessen. Die Messungen haben gezeigt, dass alle zu Beginn der Arbeit gestellten Anforderungen hervorragend erreicht wurden. Die angestrebte Schubkraft des Motors von 500 Newton wird nahezu über den gesamten Verfahrbereich erreicht. Die Simulationsergebnisse der entwickelten mathematischen Modelle erreichen eine gute Übereinstimmung mit den Messdaten.
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    Optimierter Brennstoffzellen-Wechselrichter für den Netz- und Inselbetrieb
    (2008-07-07T12:05:49Z) Bertling, Frank; Kulig, Stefan; Lindemann, Andreas
    Die Verwendung von Brennstoffzellen zur dezentralen Erzeugung von thermischer und elektrischer Energie (Kraft-Wärme-Kopplung) ermöglicht eine effiziente Nutzung der Primärenergie. Hierbei wird die erzeugte elektrische Energie mittels eines Wechselrichters an das öffentliche Netz abgegeben. Für einen Brennstoffzellen-Netzwechselrichter ergeben sich aufgrund der Eigenschaften der Brennstoffzelle, der wärmegeführten Betriebsart und der technischen und rechtlichen Randbedingungen bei der Netzanbindung besondere Anforderungen, die erfüllt werden müssen um einen zuverlässigen, sicheren und wirtschaftlich sinnvollen Betrieb zu gewährleisten. In der vorliegenden Arbeit wird hierfür eine geeignete Struktur und Funktionsweise eines Brennstoffzellen-Wechselrichters bestimmt und die Steuerung des Betriebsablaufs mittels eines digitalen Signalprozessors beschrieben. Aufgrund des Einflusses der Stromwelligkeit auf die Brennstoffzellen-Lebensdauer wird die Welligkeit des vom Wechselrichter aufgenommenen Stromes betrachtet und Optimierungsmöglichkeiten erarbeitet. Die Netzanbindung wird insbesondere unter den Aspekten einer sicheren Netzausfallerkennung und der Netzunterstützung im Rahmen eines virtuellen Kraftwerks betrachtet; weiterhin wird für den Fall einer Versorgungsunterbrechung aufgrund eines Netzausfalls ein optionaler netzunabhängiger Inselbetrieb realisiert. Im Rahmen der Kraft-Wärme-Kopplung wird die Brennstoffzelle wärmegeführt betrieben; die steuerungs- und regelungstechnischen Aspekte dieser Betriebsart werden betrachtet. Zur Erprobung der erarbeiteten Lösungen wird ein Prototyp eines Brennstoffzellen-Wechselrichters realisiert. Anhand des Prototypen werden Optimierungsmöglichkeiten demonstiert, um einen hohen elektrischen Wirkungsgrad zu erreichen.
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    Elektromechanisches Verhalten von Ständerwickelköpfen großer Turbogeneratoren bei stationärem Betrieb und elektrischen Störungen
    (Shaker-Verl., 2007) Grüning, Arne; Kulig, S.; Reichert, K.
    In den Ständerwickelköpfen großer Turbogeneratoren treten bei schweren Betriebsstörungen mitunter sehr große elektromagnetische Kräfte auf, welche Verformungen des Wickelkopfverbandes im Millimeterbereich bewirken können. Die Vorausberechnung dieser Verformungen unter Verwendung numerischer Berechnungsprogramme auf der Basis mechanischer finite Elemente Verfahren kann hierbei wertvolle Erkenntnisse für die Optimierung der Absteifungsmaßnahmen des Ständerwickelkopfes liefern. Allerdings erfordert die Simulation des erzwungenen Schwingungsverhaltens die möglichst exakte Berechnung der anregenden elektromagnetischen Kräfte. Um verlässliche Aussagen über das Schwingungsverhalten des Ständerwickelkopfes ableiten zu können, muss die mechanische Simulation ferner einen Zeitraum von einigen Perioden der Bemessungsfrequenz der betrachteten Maschine umfassen. Eine weitere Anforderung an ein in der Praxis einsetzbares Kraftberechnungsprogramm ist daher eine möglichst kurze Berechnungsdauer. Um ein solches Programm bereitzustellen, wurden in dieser Arbeit verschiedene Kraftberechnungsverfahren miteinander verglichen. Bei dem ersten handelt es sich um ein im Rahmen der vorliegenden Arbeit weiterentwickeltes Verfahren, welches auf der Anwendung des Gesetzes von Biot-Savart auf ein komplett aus einzelnen Linienleitersegmenten aufgebautes Modell der Ständerwicklungen im Endbereich des Generators basiert. Der Einfluss ferromagnetischer Bauteile wird hierbei nach den Gesetzmäßigkeiten der Spiegelleitermethode berücksichtigt. Die bei transienten Ausgleichsvorgängen in der leitfähigen Läuferkappe auftretenden Wirbelströme werden über eine Ersatzleiteranordnung nachgebildet. Um das Verfahren zur Betrachtung beliebiger Betriebsfälle einsetzen zu können, erfolgte die Erweiterung des Berechnungsmodells um die rotierende Läuferwicklung. Das zweite im Rahmen der Arbeit angewandte Verfahren zeichnet sich durch eine Modellierung der Ständerwicklungsstäbe mit dem tatsächlichen Leiterquerschnitt aus. Ferner erfolgt eine Berücksichtigung der ferromagnetischen Läuferwelle mittels der Integralgleichungsmethode. Um die Ergebnisse der beiden Berechnungsprogramme zu überprüfen, wurde ein Modell des Endbereichs, inklusive eines Teils des Ständerblechpaketes und des Läuferballens, für eine dreidimensionale elektromagnetische finite Elemente Software aufgebaut. Zur Berücksichtigung der Wirbelströme, die bei transienten Ausgleichsvorgängen in der leitfähigen Läuferkappe auftreten, wurde diese unter Verwendung finiter Flächenelemente in das Berechnungsmodell integriert. Zur Nachbildung der im Endbereich gelegenen Wicklungen der Maschine, wurden diese dem finite Elemente Modell in Form von unvermaschten Wicklungen als Feldquellen überlagert. In den vergleichenden Berechnungen stellte sich heraus, dass sich mit dem Verfahren auf der Basis des Biot-Savart´schen Gesetzes, unter Verwendung des relativ einfach aufgebauten, allerdings mit geeigneten Ersatzleiteranordnungen ausgestatteten Endbereichsmodells, bereits gute Übereinstimmungen mit den Ergebnissen der finite Elemente Simulation erzielen lassen. Aus diesem Grund und wegen der sehr kurzen Rechenzeit, wurde dieses Verfahren anschließend ausgewählt, um bei einer eingehenderen Untersuchung Einblicke in die dreidimensionale Verteilung der im Ständerwickelkopf auftretenden, zeitveränderlichen elektromagnetischen Kräfte zu gewinnen. Hierbei erfolgte die Betrachtung des stationären Bemessungsbetriebs und des dreisträngigen Klemmenkurzschlusses aus vorangegangenem Leerlauf bei Bemessungsspannung. Abschließend wurde das für die Dimensionierung des Ständerwickelkopfes wesentliche, mechanische Schwingungsverhalten untersucht. Hierfür wurden die ermittelten Zeitfunktionen der Kräfte zur Anregung eines mechanischen finite Elemente Modells des Wickelkopfes verwendet. Hierbei konnten gute Übereinstimmungen mit im Prüffeld erfolgten Verformungsmessungen festgestellt werden.
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    Berechnung der elektromagnetischen Kräfte bei der elektromagnetischen Blechumformung unter Berücksichtigung der Strukturänderung
    (2007-03-01T14:31:03Z) Joswig, Ana; Kulig, S.; Peier, D.
    Die elektromagnetische Umformung (EMU) basiert auf der Induktions- und Kraftwirkung eines zeitlich schnell veränderlichen impulsförmigen Magnetfeldes auf ein gut leitfähiges Material. Sie wird bereits seit mehr als 50 Jahren im Bereich der Umformung von rohrförmigen Werkstücken industriell eingesetzt. Dagegen ist die Anwendung bei der Blechumformung bis heute nur unzureichend möglich. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zum Verständnis der elektromagnetischen Wirkmechanismen und der Möglichkeiten der numerischen Berechnung der Blechumformung. Aufgrund der geometrischen Gegebenheiten und der sehr hohen Dynamik während der Umformung ist es messtechnisch kaum möglich, die wirksame Feld- und Stromdichteverteilung im Werkzeug und im Werkstück zu erfassen. Die numerische Berechnung der Feldgrößen ist daher unerlässlich. Dabei muss insbesondere die Wechselwirkung zwischen den elektrodynamischen und den strukturmechanischen Vorgängen beachtet werden. Die Simulation des gesamten Prozesses stellt ein notwendiges Hilfsmittel dar, um das Umformergebnis bestimmen zu können, ohne auf kosten- und zeitintensive Experimente ausweichen zu müssen. In der vorliegenden Arbeit wurden daher bestehende Simulationswerkzeuge so erweitert, dass die gekoppelte transiente elektrodynamische-strukturmechanische Berechnung möglich ist. Die Wechselwirkung zwischen der Geometrieänderung und der daraus resultierenden Feld- und Stromdichteverteilung wird bei der Simulation erfasst. Es wurden sowohl vorhandene kommerzielle Programme als auch nicht-kommerzielle Software verwendet. Anschliessend wurden mit den unterschiedlichen Programmsystemen eine Vielzahl von Berechnungen auf Basis unterschiedlicher Modelle und unterschiedlicher Kopplungstrategien durchgeführt. Eine vereinfachte transiente zweidimensionale Berechnung ohne Berücksichtigung der Geometrieänderung ergab erste Erkenntnisse über die Feld- und Stromdichteverteilung.
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    Influence of different concepts of voltage control on the transient performance of synchronous turbine generators
    (2006-12-22T11:23:44Z) Lin, Ming Kuan; Kulig, Stefan; Handschin, Edmund
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    Transientes Verhalten des rotierenden Erregersystems von Kraftwerksgeneratoren bei elektrischen Störfällen
    (2006-05-18T13:02:58Z) Nader, Ataei; Kulig, S.; Kulicke, B.
    Zur Spannungsversorgung der Synchrongeneratoren in Kraftwerken werden je nach Leistungsanforderung und Baukonzept unterschiedliche Erregereinrichtungen verwendet. Das Erregersystem des Generators, das in der Regel aus Erregersynchronmaschinen und Gleichrichtern besteht, wurde bis jetzt in konventionellen Modellen durch regelungstechnische Blöcke mit nichtlinearen Kennlinien nachgebildet, die das Klemmenverhalten des Generators gut, aber die dynamischen Vorgänge innerhalb der Erregermaschinen nur zum Teil und mit groben Näherungen nachbilden können. Deshalb war es bisher nicht möglich, die Belastung der einzelnen Komponenten der Erregereinrichtungen und physikalische Kenngrößen innerhalb des Erregersystems zu bestimmen. In dieser Arbeit wurde eine bürstenlose Erregerausführung für den Synchrongenerator am Netz untersucht, bei der die Erregereinrichtung aus zwei Synchronmaschinen als Haupt- und Hilfserreger und zwei Gleichrichterbrücken besteht. Zur Durchführung dieser Untersuchung wurde ein dynamisches Simulationsmodell entwickelt, mit dem die Wechselwirkungen zwischen Netz, Generator und Erregereinrichtung unter Berücksichtigung elektromagnetischer und galvanischer Kopplung berechnet werden können. Hierzu werden die oben genannten regelungstechnischen Blöcke durch physikalische Komponenten des Erregersystems, wie elektrische Erregermaschinen und Gleichrichter, ersetzt. Die Studie wurde mithilfe des Siemens-Programms NETOMAC durchgeführt, in dem tief gehende Erweiterungen vorgenommen wurden, um Maschinen und Netz mit unterschiedlichen Frequenzen miteinander zu verbinden. Mit diesem Simulationsmodell konnten Erkenntnisse über die Beanspruchung einzelner Bauelemente der Erregereinrichtung bei inneren und äußeren Fehlern gewonnen werden. Insbesondere wurden die Beanspruchungen in Wicklungen und Gleichrichtern bestimmt, wobei es sich hier vorwiegend um messtechnisch unzugängliche Ströme und Spannungen handelte. Dank dieses erreichten Resultats kann die Erregereinrichtung im Hinblick auf ihre Ausfallsicherheit wesentlich genauer dimensioniert, und die eingesetzten Schutzeinrichtungen können besser eingestellt werden. Ein wichtiges Ergebnis dieser Dissertation ist die Erfassung sämtlicher dynamischer Vorgänge zwischen Erregermaschinen, Gleichrichtern, Generator und Netz, die sowohl durch äußere als auch innere Störfälle angeregt werden.
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    Magnetische Geräuschemission umrichtergespeister Käfigläufer-Asynchronmaschinen
    (Universität Dortmund, 2005-06-17) Lach, Roland; Kulig, Stefan; Seinsch, H. O.
    In the presented dissertation the phenomenon of magnetic noise emission of a sqirrelcage induction machine is discussed. These phenomena are caused by radialforce waves which themselves are caused by harmonic field interactions.The acoustic measurements are made difficult by the frequency selective perception of human hearing. Compared to other acoustic measuring methods the intensitymethod has many advantages for conducting acoustic measurements on electrical achines. Therefor the intensity method is described in detail and advanced to give information about the propagation and the source of noise.Magnetic noise emission can be attributed to harmonic wave interactions and therefor cannot be traced back to electrical values such as current and voltage. The computationof the airgap fields is done by using the electric conductance. This allows the flux density in the airgap to be described in relation the slotting of the machine.The analytical computation of radial force generation is done with the current state of knowledge for magnetic noise emission.Precalculation of noise emission can be performed by using a suitable mechanicmodel of the induction machine.Combining the noise theory and the measuring method of order analysis allows the differentation between structural resonances caused by the machine and those caused by the converter.The dissertation is completed with many structure and airbourne noise measurements,numerical 2D and 3D simulaltion for the computation of eigenfrequencies and eigenforms and the development of a harmonic model.
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    Einsatz von Optimierungsverfahren zur Bestimmung der Parameter nichtlinearer Ersatzschaltbilder von elektrischen Maschinen
    (Universität Dortmund, 2003-10-02) Flockermann, Dirk; Kulig, Stefan; Prätzel-Wolters, Dieter
    Es ist ein Verfahren entwickelt worden, mit dem Sättigungseffekte in die bekannten Ersatzschaltbilder der wichtigsten Typen elektrischer Maschinen implementiert werden können. Dabei wurden die Sättigungseffekte durch die Neukurve der magnetischen Werkstoffe in der Maschine beschrieben, welche mit einfachen algebraischen Ansatzfunktionen nachgebildet wurde. Durch freie Parameter konnten diese Ansatzfunktionen an die jeweilige Maschine angepasst werden. Die Maschinen- und Sättigungsparameter der erweiterten Ersatzschaltbilder ließen sich mit Hilfe von Identifikationsverfahren ermitteln. Die Referenzwerte waren Maschinenströme, die während transienter Vorgänge gemessen wurden. Damit der Einfluss der Sättigung auf die Referenzwerte möglichst groß ist, wurden solche Ausgleichvorgänge gewählt, bei denen die Augenblickswerte der Ströme deutlich über dem Bemessungsstrom liegen, z. B. Anlauf oder Kurzschluss. Die Anforderungen an den Algorithmus zur Bestimmung der Maschinen und Sättigungsparameter waren hoch, da bis zu zwanzig Parameter zu bestimmen waren und für die Sättigungsparameter i.d.R. schlechte Startwerte vorlagen. Nur robuste Verfahren, wie die Simplex-Strategie und die evolutionären Algorithmen lieferten gute Ergebnisse.
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    Erfassung von Windungsschlüssen in der Erregerwicklung eines Turbogenerators
    (Universität Dortmund, 2002-02-15) Daneschnejad, Mehdi; Kulig, Stefan; Hirsch, Holger
    Die an verschiedenen Läufernuten und Nutstellen orientierten Windungsschlussuntersuchungen mit Hilfe unterschiedlicher Methoden führen stets zu dem Ergebnis, dass die minimalen Gegeninduktivitätsunterschiede zwischen zwei Windungen entweder zu klein sind, um physikalisch umgesetzt werden zu können, oder durch beschränkte Messmethoden verfälscht werden und daher nicht erfassbar sind. Die analytischen Untersuchungen zeigen, dass die Feststellung von Windungsschlüssen in der Läufernut stark von der Windungsschlussstelle abhängt und auch durch die Messmethode beschränkt wird (Messsonde, Wanderwelle und Frequenzanalyse). Bei der Durchführung der Windungsschlussuntersuchung im stationären Zustand der Maschine mit Hilfe des Programms FEMAG ergibt sich, dass der Aufbau der Läufermatrix in der Maschine wegen sehr großer Anzahl von Grund- und Oberschwingungen der Selbst-Induktivitäten und Gegeninduktivitätsverläufe sehr schwer oder unmöglich ist. Es zeigt sich weiterhin, dass die Gegenindukvitätsunterschiede zwischen zwei Nachbarwindungen erst nach der dritten oder vierten Ziffer nach dem Komma erkennbar werden. Diese minimalen Unterschiede können physikalisch nicht umgesetzt werden. Mit Hilfe des Zeitschrittverfahrens wird bei der Untersuchung an fünf Windungsschlussstellen festgestellt, dass sowohl die Lage der Nut am Läuferumfang, als auch die Windungsschlussstelle in der Nut und der Windungsabstand von der Q- bzw. L-Achse die auftretenden Ausgleichvorgänge beeinflussen. Allgemein zeigt sich in den Berechnungen nur eine minimale Wirkung des Windungsschlusses und insbesondere keine technisch nachweisbare Änderung an Leiterspannung, Leiterstrom, Drehzahl und Drehmoment. Beim Windungsschluss an der Windung 47 tritt von allen betrachteten Fällen wegen seiner speziellen Lage zur L- und Q-Achse und zum Luftspalt die größte Drehmomentschwankung auf,. Diese ist aber verglichen mit dem Drehmomentmittelwert nur minimal und messtechnisch nicht erfassbar ist. Es zeigt sich indirekt wiederum, dass die Schwankungen der Selbst- und Gegeninduktivitäten physikalisch nicht umsetzbar sind. Die reine Fehlermessung kann an der Windungsschlussstelle unter Verwendung einer Messsonde, welche nicht empfindlich gegen vorhandene magnetische Felder ist, durchgeführt werden. Durch die Entwicklung von Lichtwellenleitern ist es möglich, eine derartige Messsonde bzw. Messfolie zu verwenden.
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    Zur Berechnung dynamischer Vorgänge bei von einem Drehstromsteller gespeisten Antrieben mit Asynchronmaschinen und mehreren gekoppelten Massen mittels Finite-Differenzen-Zeitschrittrechnung
    (Universität Dortmund, 2000-02-01) Klocke, Meinolf; Oberretl, K.; Reichert, K.
    Die zeitlichen Verläufe des von der Drehmomentmeßwelle angezeigten Drehmomentes, der Drehzahl und der Klemmenspannung sowie des Ständerstromes werden für unterschiedliche Hochläufe berechnet und mit Messungen verglichen. Hierbei liegt ein Schwerpunkt auf der Hochlaufgefährdung durch parasitäre synchrone Drehmomente, ein anderer auf der Berechnung von Torsionsschwingungen, insbesondere in Resonanz. Zum Hochlaufverhalten werden zusätzlich speziell für den Einlauf in synchrone Drehmomentsättel Rechnungen mit einer praktischen Näherung bei sinusförmiger Klemmenspannung durchgeführt. Es ergibt sich eine höhere Hochlaufgefährdung bei einem Keilriemenantrieb gegenüber der direkten Kupplung. Mit Drehstromsteller zeigt sich, daß bei verzerrter Klemmenspannung und Strom fast ausschließlich die Grundschwingungen zur Entwicklung von Drehmoment und Leistungen beitragen. Eine Dimensionierung des Antriebes ist daher nicht nach dem Effektivwert, sondern nach den Grundschwingungen von Klemmenspannung und Strom vorzunehmen. Beim Antrieb mit einer zusätzlichen Schwungmasse über Keilriemen kann eine bislang unbekannte "quasisynchrone Schleichdrehzahl" rechnerisch und experimentell nachgewiesen werden.