Berechnung von Wirkungsgradkennfeldern von Asynchronmaschinen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode

Ein wichtiges Optimierungsziel bei der Entwicklung von Elektromotoren ist ein möglichst guter Wirkungsgrad. Bei drehzahlvariablen Maschinen, gerade im Bereich der Elektromobilität, bei denen verschiedene Lastpunkte angefahren werden, wird dieser als stationäres Kennfeld in der Drehzahl-Drehmoment-Ebene dargestellt. Der Entwicklungsingenieur muss darauf achten, dass sowohl die Mindestanforderungen an den Wirkungsgrad in verschiedenen Betriebspunkten erfüllt sind als auch darauf, das geforderte Maximaldrehmoment zu erreichen. Zu diesem Zweck muss das Kennfeld schon während der Entwurfsphase schnell und einfach berechnet werden können.
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In diesem Beitrag wird eine Möglichkeit aufgezeigt, die Asynchronmaschine durch geschickte Wahl der Parameterebene mit nur zwei unabhängigen Größen mathematisch vollständig und drehzahlunabhängig zu beschreiben. Auf die Verwendung von Ersatzschaltbildern oder auf die Manipulation des Rotorkreises in der numerischen Finite-Elemente Berechnung (FEM) kann bei Verwendung des beschriebenen Verfahrens verzichtet werden. Dadurch wird eine vergleichsweise einfache und genaue Berechnung ermöglicht.

An important optimization goal in the development of electric motors is a high energy efficiency. For variable-speed machines, especially in the field of electric traction drives, where different load points are utilized, the efficiency is usually visualized as a stationary map in the speed-torque plane. The development engineer has to make sure that both the minimum requirements for efficiency in different load points as well as the required maximum torque are achieved. Therefore, the efficiency map must be calculated often and quickly during the design process.
This paper shows a possibility to describe induction machines mathematically in a complete way and independent of speed with only two independent parameters by choosing an appropriate parameter plane and versatile quantities. ... mehrThere is no need to utilize an equivalent circuit or to manipulate the rotor circuit in the FEM calculation when applying the proposed method. Thus, a comparatively easy and accurate calculation is possible.