Antriebssystem für höchste Geschwindigkeiten - Bergische ...
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2. Eigenschaften eines Hochgeschwindigkeitsantriebes 13 2.3.4 Elektrische Eigenschaften Der prinzipielle Aufbau entspricht dem einer Vollpolmaschine mit ausgeprägten Statorpolen. Aufgrund der erforderlichen hohen mechanischen Stabilität des Rotors werden die Rotormagnete jedoch nicht geklebt. Der Rotor besteht vielmehr aus einem diametral magnetisierten zylinderförmigen Magneten in einem nichtmagnetischen und nichtleitenden Zylinder. Der Zylinder bildet mechanisch gleichzeitig die Welle der Maschine. Er wird vorzugsweise aus Keramik- oder Kohlefaserverbundwerkstoffen gefertigt. Für die Modellbildung wird ein Rotorkoordinatensystem definiert, welches fest mit dem Rotor gekoppelt ist [32]. Die d-Achse des Koordinatensystems liegt üblicherweise in Richtung der Magnetisierung des Permanentmagneten, die q-Achse ist orthogonal dazu angeordnet. Bild 2.5 zeigt einen Querschnitt durch die Maschine. Bild 2.5: Prinzipieller Aufbau der verwendeten speziellen Synchronmaschine für Bohrstationen jq Im Folgenden wird sowohl das ortsfeste Koordinatensystem des Stators als auch das rotierende rotorbezogene Koordinatensystem verwendet. Zur Unterscheidung wird das Statorsystem mit (S) und das Rotorsystem mit (R) gekennzeichnet. Zur Vereinfachung der Modellbildung und der Darstellung werden die in der Maschine räumlich sinusförmig verteilten Größen als Raumzeiger d
2. Eigenschaften eines Hochgeschwindigkeitsantriebes 14 dargestellt. Mittels der Raumzeigertransformation kann eine dreiphasige Wicklungsanordnung durch eine äquivalente zweiphasige Wicklungsanordnung repräsentiert werden [32]. Die Raumzeigertransformation selbst ist nicht auf sinusförmige Zeitverläufe der Größen beschränkt. Sie beschreibt vielmehr die Darstellung dreiphasiger Größen in einem orthogonalen Koordinatensystem. Die Transformation ist in (2.4) beispielhaft mit den Phasenströmen gezeigt. 2 3 2 i = ( i1 + a i2 + a i3) mit a = 2 j 3 π e und i = i + ji α β (2.4) Nach Auflösen des Einheitsvektors in Realteil und Imaginärteil kann die Raumzeigertransformation allgemeingültig in Matrizenschreibweise angegeben werden: ⎡ ⎢ ⎢⎣ x x α β ⎤ ⎥ ⎥⎦ = 2 3 ⎡ ⎢ 1 ⎢ ⎢0 ⎣ 1 − 2 3 2 1 ⎤ ⎡ − ⎢ 2 ⎥ ⎥ ⎢ 3 − ⎥ ⎢ 2 ⎦ ⎢⎣ x x x a b c ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦ (2.5) Zu einer eindeutigen Rücktransformation ist allerdings ein Nullsystem notwendig. Dies kann im Strom vernachlässigt werden, wenn eine Dreieckschaltung vorliegt oder bei der Sternschaltung der Mittelpunktleiter nicht angeschlossen ist. Das Nullsystem der Spannung kann im Gegensatz hierzu nicht vernachlässigt werden. Die Rücktransformation vom α-β- Koordinatensystem in das dreiphasige System erfolgt unter der Voraussetzung (2.6): x + x xb ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢⎣ + = 0 a b (2.6) x x x a b c ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ = ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎦ ⎢ ⎢⎣ − − 1 2 1 1 2 − ⎤ 0 ⎥ 3 ⎥⎡ ⎥⎢ 2 ⎥⎢⎣ 3 ⎥ 2 ⎥⎦ x x α β ⎤ ⎥ ⎥⎦ (2.7)
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2. Eigenschaften eines Hochgeschwindigkeitsantriebes 13<br />
2.3.4 Elektrische Eigenschaften<br />
Der prinzipielle Aufbau entspricht dem einer Vollpolmaschine mit ausgeprägten<br />
Statorpolen. Aufgrund der erforderlichen hohen mechanischen<br />
Stabilität des Rotors werden die Rotormagnete jedoch nicht geklebt. Der<br />
Rotor besteht vielmehr aus einem diametral magnetisierten zylinderförmigen<br />
Magneten in einem nichtmagnetischen und nichtleitenden Zylinder.<br />
Der Zylinder bildet mechanisch gleichzeitig die Welle der Maschine.<br />
Er wird vorzugsweise aus Keramik- oder Kohlefaserverbundwerkstoffen<br />
gefertigt.<br />
Für die Modellbildung wird ein Rotorkoordinatensystem definiert, welches<br />
fest mit dem Rotor gekoppelt ist [32]. Die d-Achse des Koordinatensystems<br />
liegt üblicherweise in Richtung der Magnetisierung des Permanentmagneten,<br />
die q-Achse ist orthogonal dazu angeordnet. Bild 2.5 zeigt<br />
einen Querschnitt durch die Maschine.<br />
Bild 2.5: Prinzipieller Aufbau der verwendeten speziellen<br />
Synchronmaschine <strong>für</strong> Bohrstationen<br />
jq<br />
Im Folgenden wird sowohl das ortsfeste Koordinatensystem des Stators<br />
als auch das rotierende rotorbezogene Koordinatensystem verwendet. Zur<br />
Unterscheidung wird das Statorsystem mit (S) und das Rotorsystem mit (R)<br />
gekennzeichnet.<br />
Zur Vereinfachung der Modellbildung und der Darstellung werden die in<br />
der Maschine räumlich sinusförmig verteilten Größen als Raumzeiger<br />
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