Charakterisierung und Auslegung von fremderregten Synchronmaschinen als Traktionsantrieb mit Hilfe der normierten Parameterebene

In den neunziger Jahren haben einige Autoren gezeigt, dass sich die Drehmoment- und Leistungscharakteristik von permanentmagneterregten Synchronmaschinen durch geeignete Normierung auf nur zwei Parameter zurückführen lässt. Es wurde eine zweidimensionale Parameterebene eingeführt, in die jede permanentmagneterregte Synchronmaschine eingeordnet und so bewertet werden kann. Dadurch können insbesondere die Maximaldrehmomentkurven im Feldschwächbereich sowie der Leistungsfaktor und damit die Umrichterausnutzung anschaulich beschrieben werden. Mit diesem Hilfsmittel lassen sich Maschinenentwürfe schon im Grobentwurf schnell und einfach charakterisieren und miteinander vergleichen.
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In diesem Beitrag wird das Verfahren zur Anwendung auf fremderregte Synchronmaschinen erweitert. Im Gegensatz zu permanentmagneterregten Synchronmaschinen existiert bei diesen ein Freiheitsgrad mehr – so ist die Rotorerregung veränderlich und erlaubt eine bessere Anpassung des Maschinenverhaltens an das einer idealen Maschine.
Es wird gezeigt, wie die Parameter der fremderregten Maschine ihre Lage in der Parameterebene beeinflussen und welche Drehmoment- und Leistungscharakteristik resultieren. Daraus werden grundlegende Aussagen zum Grobentwurf gewonnen. Abschließend wird gezeigt, wie die Parameter einer fremderregten Synchronmaschine als Traktionsantrieb eines Elektrofahrzeugs mit Hilfe der Parameterebene gewählt werden können.

In the nineties, several authors showed that the torque and power characteristics of permanent magnet synchronous machines can be affiliated to only two parameters by suitable normalization. A two dimensional parameter plane was introduced, in which every permanent magnet synchronous machine can be classified and thus be evaluated. Thereby, especially the maximum torque curve in the field weakening region and the power factor and thus the inverter utilization can be described graphically. Using this tool, machine designs can be characterized and compared quickly and easily during the preliminary design process.
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This paper expands the procedure to be applied to externally excited synchronous machines. As opposed to permanent magnet synchronous machines, they contain an additional degree of freedom – the rotor excitation is variable and allows a better adaption of the machine behavior to that of an ideal machine. It will be shown how the parameters of an externally excited synchronous machine affect the position in the parameter plane and which torque and power characteristics result. Consequently, fundamental statements concerning the preliminary design process are gained. Finally it will be shown how the parameters of an externally excited synchronous machine as a traction drive can be chosen by means of the parameter plane.