Berechnung von Asynchronmaschinen unter Verwendung der zweidimensionalen Feldberechnung mit der Finite-Elemente-Methode

Nach einer Einführung in die Feldtheorie und die Grundlagen der numerischen Feldberechnung wird ein vereinfachtes analytisches Modell der Asynchronmaschine entwickelt. Dies dient einerseits zur gegenseitigen Kontrolle von, analytischer und numerischer Feldberechnung. Andererseits sollen die Vorteile bestimmter Vorgehensweisen bei der numerischen Feldberechnung aufgezeigt werden. Das vorgestellte vereinfachte Modell spannt den Bogen zwischen analytischer und numerischer Feldberechnung und beweist dabei seine Brauchbarkeit. Insbesondere ermöglicht es eine Abschätzung der notwendigen Gebietsverfeinerung im Netz und zeigt dabei den Vorteil von Polynom-Verfeinerung im linearen Fall. Mit dem vorgestellten Verfahren ist es möglich, wichtige Betriebskennlinien der Asynchronmaschine wie Leerlauf- und Kurzschlußkennlinie direkt aus der Lösung einer Feldberechnung für das Vektorpotential zu gewinnen. Die in der klassischen Maschinenberechnung gewählte Beschreibung durch Induktionen und Flüsse kann also entfallen. Das numerische Verfahren ist dem klassischen Vorgehen vor allem dann vorzuziehen, wenn hoch ausgenutzte Maschinen zu entwerfen sind. Die numerische Feldberechnung läßt sich dann gut einsetzen, wenn Maschinen entworfen werden sollen, bei denen starke Sättigung auftritt. Außerdem lassen sich damit Modifikationen im Aufbau einer Maschine leicht untersuchen. Im besonderen werden Einflüsse der Kühlkanäle ermittelt. Im Unterschied zum klassischen Verfahren werden keine Carter-Faktoren gebraucht. Der Ansatz einer stufenförmigen Durchflutunsverteilung ist ebensowenig notwendig wie die separate Berechnung der Nut-, Zahnkopf- und Oberwellenstreufelder. Für den gesamten Betriebsbereich ermöglicht das einfache Schaltkreismodell eine Abschätzung wichtiger Kenngrößen. Auf eine genauere Nachbildung mit Hilfe eines vollständigen Schaltkreismodells wird verzichtet. Das dynamische Verhalten unter Berücksichtigung der Bewegungsgleichung wird in dieser Arbeit nicht erfaßt. Es zeigt sich, daß die numerische Feldberechnung ein modernes Instrument zur Berechnung von Asynchronmaschinen ist. Mit ihr steht dem Ingenieur ein Hilfsmittel zur Verfügung, mit dem vor allem unkonventionell aufgebaute Maschinen ausgelegt werden können.