Theoretische und experimentelle Untersuchung an aktiven magnetischen Lagern für Industrie-Antriebe

Es wird eine komplette aktive Magnetlagerung für eine horizontal gelagerte Welle entworfen und aufgebaut. Der konstruktive Aufbau der Magnetlager gestattet es, mit zwei Lagern fünf Freiheitsgrade der Bewegung, drei translatorische und zwei rotatorische, zu kontrollieren. Zum Entwurf gehört die Berechnung des magnetischen Kreises unter Berück- sichtigung der thermischen Verhältnisse. Die Berechnung der Magnetlager beinhaltet eine Optimierung der Geometrie zum Zwecke der maximalen Ausnutzung des vorhandenen Volumens. Die Elektronik zur Kontrolle der fünf Freiheitgrade wird aufgebaut und die Regler dimensioniert. Der magnetische Kreis einer magnetischen Lagerung wird mit Hilfe der METHODE DER ELEKTRISCHEN ERSATZSCHALTUNG nachgebildet, so daß die bei der Berechnung wichtigen magnetischen und mechanischen Größen bestimmt werden können. Dabei wird das nichtlineare magnetische Verhalten der beteiligten Materialien berücksichtigt. Ebenfalls berechnet wird die thermische Belastung des magnetischen Lagers unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen. Für den Entwurf der magnetischen Lagerung ist dem Feldberechnungsprogramm ein Optimierungsprogramm überlagert worden. Bei der Optimierung werden die freien Parameter unter Berücksichtigung von einzuhaltenden Randbedingungen variiert. Zur Optimierung wird das Verfahren von HOOKE Und JEEVES, ein direktes Suchverfahren, eingesetzt. Um die Konvergenz zu beschleunigen, werden einige Modifikationen vorgenommen. Zur Berücksichtigung der einzuhaltenden Randbedingungen werden Strafterme in das Verfahren implementiert. Um Aussagen über statische und dynamische Eigenschaften der Magnetla- gerung zu machen und die Reglerstruktur und -parameter festzulegen, wird ein Modell mit Hilfe der LAGRANGEschen Gleichung hergeleitet. Mit Hilfe des Modells, unter Einbeziehung der Feldberechnung, werden dynamische Simulationen durchgeführt. Zum Abschluß werden die thermischen Berechnungen als auch die dynamischen Simulationen mit Messungen an der aufgebauten Magnetlagerung verglichen. Die Berechnungen zeigen gute Übereinstimmungen mit den Messungen, so daß die entwickelten Modelle und Berechnungsverfahren gut einsetzbar sind.