Einsatz virtueller Prototypen bei der akausalen Modellierung und Simulation von permanenterregten Synchronmaschinen

Abstract:
Um elektrische Maschinen zeiteffizient entwickeln zu können, ist es notwendig, bereits vor dem Aufbau eines ersten Musters möglichst genaue Aussagen über das Betriebsverhalten treffen zu können. Zu diesem Zweck werden Maschinenmodelle eingesetzt, die je nach Modellierungstiefe unterschiedliche Effekte berücksichtigen oder vernachlässigen. Im Folgenden wird eine Methode vorgestellt, mit der durch Verbindung moderner Simulationswerkzeuge ein universelles Modell einer permanenterregten Synchronmaschine erstellt werden kann. Das dynamische Maschinenmodell berücksichtigt die magnetische Anisotropie des Rotors, die Eisensättigung, die Kreuzverkopplung, die Einflüsse der Nutung sowie die daraus resultierende Drehmomentwelligkeit und Oberschwingungen der Bewegungsspannung. Die benötigten Parameter werden automatisiert aus Finite-Element-Berechnungen gewonnen. Ein solches Modell kann für beliebige Untersuchungen in virtuellen Prüfumgebungen verwendet werden. Beispielhaft werden die Vorteile des Ansatzes für einen Traktionsmotor für Automobilanwendungen anhand der Simulation der Stromoberschwingungen, der Erprobung eines Stromregelkonzeptes, der Untersuchung des aktiven Kurzschlusses und der Berechnung der Spannungswelligkeit im Generatorbetrieb aufgezeigt. Durch automatische Parametrierung und akausale Modellierung steht so eine Toolkette zur Verfügung, die aus den Geometriedaten der Maschine das Verhalten umfassend beschreibt und sich damit wie ein virtueller Prototyp verhält.