Analytische Modellierung von Asynchronmaschinen mit konzentrierter Wicklung

Seit der Jahrtausendwende sind elektrische Maschinen mit konzentrierten Wicklungen immer weiter in den Fokus verschiedener Forschungsgruppen gerückt. Dies hängt unter anderem damit zusammen, dass die Fertigung solcher Maschinen hochgradig automatisiert- damit die Ausbringungszahlen erhöht und die Kosten gesenkt- werden kann. Elektrische Maschinen mit konzentrierten Wicklungen sind daher für die Serienproduktion bestens geeignet. Ein erfolgreicher Einsatz konzentrierter Wicklungen, insbesondere bei Käfigläufermotoren, setzt ein präzises Verständnis der Oberwellenerscheinungen, und ihrer Auswirkungen auf das Betriebsverhalten der Maschine, voraus. Vor diesem Hintergrund, wird in der vorliegenden Arbeit ein analytisches Modell von Asynchronmaschinen (Käfigläufer) mit konzentrierten Wicklungen, unter Berücksichtigung aller Oberwellenerscheinungen (mehrfache Ankerrückwirkung), entwickelt. Unterschiede bezüglich der Verschaltung der Statorstränge werden berücksichtigt. Anschließend werden schaltungsartspezifische Spannungsgleichungen aufgestellt sowie Beziehungen zur Berechnung aller (Oberwellen-)Drehmomente hergeleitet. Die Einbeziehung von Stromverdrängungseffekten wird ausführlich beschrieben. Einfluss der Nut- und der Wickelkopfstreuung wird vernachlässigt, kann aber mittels Streuinduktivitäten berücksichtigt werden. Abschließend wird das entwickelte analytische Modell mit einem 2D-FEM-Modell eines Käfigläufermotors mit konzentrierter Wicklung verglichen. Die Simulationsergebnisse weisen eine hohe Übereinstimmung auf. Die Dauer der Berechnungen des analytischen Modells ist im Gegensatz zu FEM-Berechnungen vernachläßigbar klein. Insgesamt ist ein umfangreiches und effizientes Analysewerkzeug für Asynchronmaschinen mit konzentrierter Wicklung entstanden.