Feld-Netzwerk gekoppelte Simulation mittelfrequenter Phänomene in umrichtergespeisten Antrieben

变流器馈电驱动器中频现象的现场网络耦合仿真

• 批准号: 5450045
• 负责人: Professor Dr.-Ing. Herbert De Gersem
• 金额: --
• 依托单位: Institut für Teilchenbeschleunigung und Elektromagnetische Felder
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Units
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2004-12-31 至 2009-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/5450045?language=en
• 关键词: Feld; Netzwerk; gekoppelte; Simulation; mittelfrequenter

In der heutigen Forschung werden hoch- und mittelfrequente Phänomene in umrichtergespeisten Antrieben fast ausschließlich auf der Basis von Ersatzschaltbildern simuliert. Dabei werden die Parameter für Kabel und Maschine auf Basis von Messergebnissen in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz bestimmt. Das Überspannungsphänomen, welches typisch für umrichtergespeiste Antriebe ist, wird simuliert durch das Anlegen der Zwischenkreisspannung des Umrichters mit der Anstiegszeit der IGBTs an die Kabel-Motorkonfiguration. Die Tatsache, dass die Motorimpedanz nicht mit der charakteristischen Kabelimpedanz übereinstimmt, führt zu Reflektions- und Transmissionskoeffizienten, die in ein Transmission-Line-Modell eingesetzt werden. Dieser Simulationsvorgang ermöglicht es, zusätzliche Abhilfemaßnahmen, wie z.B. am Umrichter oder am Motor angebrachte Filter, zu entwerfen und zu überprüfen. Weitere gegenwärtige Forschungsbemühungen zielen auf die Verbesserung der Ersatzschaltbilder und der einzelnen Antriebskomponenten, so dass nicht nur die Wellenausbreitung im Kabel, sondern auch in Teilen der Maschine oder des Umrichters berücksichtigt werden kann. Die Bestimmung der Topologie des Ersatzschaltbildes basiert auf technischen Überlegungen. Außerdem unterstellt eine solche, auf Messergebnissen beruhende Vorgehensweise, dass die einzelnen Antriebskomponenten bereits vorhanden sind. Diese Vorgehensweise spiegelt die Tatsache wieder, dass beim heutigen Stand der Technik die auf den Umrichter bezogenen Überspannungen durch zusätzliche Maßnahmen reduziert werden. Eine Vermeidung dieser Überspannungen durch einen verbesserten Entwurf des Umrichters, der Kabel und des Motors selbst, worauf dieses gemeinsame Projekt abzielt, ist auf der Basis einer solchen Simulationsmethode nur teilweise möglich. Hieraus ergibt sich somit ein weiterer Forschungsbedarf nach Simulationstechniken, die es erlauben, die im Antrieb auftretenden Wanderwellen genau vorhersagen zu können, ohne dabei auf Messungen von schon angefertigten Antriebsteilen zurückgreifen zu müssen. Derartige Verfahren sollten auch eine Lokalisierung und Erforschung möglicher Schwachstellen der Isolation innerhalb der Maschine ermöglichen. Eine Simulation komplexen Zusammenhänge, wie z. B. in einem Umrichter-Kabel-Maschine-Aggregat, ist auf dem heutigen Stand der Simulationstechnik nur auf Basis von Ersatzschaltbildern möglich. Wichtige Teile des Gesamtproblems sind jedoch dabei zu grob aufgelöst, so dass wichtige höherfrequente Parasitäreffekte in diesen Ersatzschaltbildern nicht oder nur teilweise nachgebildet werden. Eine feine Auflösung des Gesamtantriebs z. B. mittels der Methode der Finiten Elemente ist nicht möglich und auch nicht wünschenswert. Eine effiziente und zuverlässige Simulation des Gesamtsystems erfordert hybride und gekoppelte Simulationstechniken. Je nach betrachtetem Frequenzbereich sollte es möglich sein, Teile des Gesamtproblems durch Ersatzschaltbilder oder räumlich/zeitlich diskretisierte Modelle (z. B. auf Basis der Methode der Finiten Elemente oder der Finiten Integrationstechnik) aufzulösen. Die Entwicklung und Benutzung solcher flexibler Modellierungstechniken sind heutzutage Gegenstand der Forschung. Für die Modellierung eines gesamten Antriebs sind vor allem Feld-Netzwerk gekoppelte Berechnungsverfahren gefragt. Dabei wird zwischen iterativen und monolytischen Verknüpfungen unterschieden. Bei iterativen Verknüpfungen wird ein räumlich aufgelöstes Modell (z.B. mittels Finiter Elemente) als Netzwerkelement eingebracht. Während der Lösung des Netzwerks erfolgt eine Auswertung dieses Modells in jedem Iterationsschritt. Bei einer monolytischen Verknüpfung werden die Netzwerkmodelle und die räumlich aufgelösten Modelle in ein algebraisches Gleichungssystem gebracht und gemeinsam gelöst. Monolytische Kopplungsverfahren sind von der Zusammensetzung aufwendiger, erlauben aber im allgemeinen eine schnellere Lösung. Der Einsatz von iterativen und monolytischen Feld-Netzwerk gekoppelten Verfahren für Antriebssysteme bedarf einer weiteren Steigerung der Modellierungsflexibilität und der Effizienz der gekoppelten Lösungsverfahren.

在现代研究中，韦尔登的高频率和中频率现象在研究的基础上快速发展。在Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz bestimmt中，韦尔登根据信息基础确定了卡贝尔和机械的参数。作为一种特殊的命名方式，我们可以通过对IGBT和Kabel电机配置的分析来模拟Umrichters的Zwischenkreisspannung。Tatsache，dass motorimpedanz nicht mit der charakteristischen Kabelimpedanz übereinstimt，führt zu Reflektions- und Transmissionskoefizienten，die in an Transmission-Line-Modell eingesetzt韦尔登模型。Dieser Simulationsvorgang ermöglicht es，zusätzliche Abhilfemaßnahmen，wie z.B. am Umrichter oder am Motor angebrachte Filter，zu entwerfen und zu überprüfen. Weitere gegenwärtige Forschungsbemühungen zielen auf die Verbesserung der Ersatzschaltbilder und der einzelnen Antriebskomponenten，so dass努尔die Wellenausbreitung im Kabel，sondern auch in Teilen der Maschine or der des Umrichters berücksichtigt韦尔登kann.基于技术的空间结构拓扑学的估计。因此，在梅塞格布尼森的带领下，一个先进的组件将得到处理。这种前向运动会使纹身变得更好，因为它是通过减少韦尔登来提高听力的技术标准。一个Vermeidung dieser Überspannungen durch einen verbesserten Entwurf des Umrichters，der Kabel und des Motors selbst，worauf dieses gemeinsame Projekt abzielt，ist auf der Basis einer solchen Simulationsmethode努尔teilweise möglich.在这里，我们可以通过仿真技术来进行更深入的研究，这些研究是在Antrieb中进行的，Antrieb可以在Wanderwellen中进行更深入的研究，也可以在Messungen中进行更深入的研究。Derartige Verfahren sollten auch eine Lokalisierung und Erforschung möglicher Schwachstellen der Isolation innerhalb der Maschine ermöglichen. Eine Simulation komplexen Zusammenhänge，wie z. B。在一个Umrichter-Kabel-Maschine-Aggregat中，它是一种基于模拟技术的新方法。这些问题的严重性是很大的，所以这些寄生虫在动物体内的频率并不高，也不只是韦尔登。Eine feine Auflösung des Gesamtantriebs z. B。mittels der Methode der Schotten Elemente ist nicht möglich and auch nicht wünschenswert. Eine effiziente und zuverläsvenge Simulation des Gesamtsystems erfordert hybrid und gekoppelte Simulationtechniken. Je nach betrachtetem Frequenzbereich sollte es möglich sein，Teile des Gesamtproblems durch Ersatzschaltbilder oder räumlich/zeitlich diskretisierte Modelle（z. B。auf Basis der Methode der Schotten Elemente oder der Schotten Integrationstechnik）aufzulösen.建模技术的发展和优化是研究的重点。Für die Modellierung eines gesamten Antriebs sind vor allem Feld-Netzwerk gekoppelte Berechnungsverfahren gefragt.大北将是一个反复和单一的交通枢纽。Bei iterativen Verknüpfungen wird ein räumlich aufgelöstes Modell（z.B. mittels mittel elter Elemente）als Netzwerkelement eingebracht. Während der Lösung des Netzwerks erfolgt eine Auswertung dieses Models in jedem Iterationsschritt. Bei einer monolytischen Verknüpfung韦尔登die Netzwerkmodelle und die räumlich aufgelösten Modelle in ein algebraisches Gleichungssystem gebracht und gemeinsam gelöst.单组分Kopplungsverfahren sind von der Zusammensetzung aufwendiger，erlauben aber im allgemeinen eine schnellere Lösung. Der Einestiven von iterativen und monolytischen Feld-Netzwerk gekoppelten Verfahren für Antriebssysteme bedarf einer weiteren Steigerung der Modellierungsflexibilität und der Effizienz der gekoppelten Lösungsverfahren.