DA242 Langeheine Zusa

Zusammenfassung Diplomarbeit Nr. 242 von Dipl.-Ing. Ulrich Langeheine:
Ermittlung der psi-i-Kennlinienfelder für die Reluktanzmaschinen KOMPEX und SRM_300 mittels 2D/3D-FEM-Software von MARC

Die vorliegende Diplomarbeit hatte sich zwei Ziele vorgegeben: zum einen sollte die numerische Magnetfeldberechnung mit dem Programmpaket MARC im zweidimensionalen Bereich erweitert und automatisiert werden, zum anderen galt es, die Berechnungen auch auf den dreidimensionalen Bereich zu erweitern.
Das erste Ziel konnte dabei im vollen Umfang erreicht werden. Bei einer früheren Arbeit wurde das Programmpaket MARC um die Berechnung der magnetischen Energie und Koenergie erweitert. Mit diesen Werten können die für eine Reluktanzmaschine charakteristischen psi-i-Kennlinienfelder erstellt werden. Nachdem im ersten Abschnitt dieser Arbeit noch einmal auf die Erstellung einer zweidimensionalen Querschnittsgeometrie unter Mentat II 2.3.1 eingegangen wurde, lag der Schwerpunkt bei der Erstellung von psi-i-Kennlinien und ganzen psi-i-Kennlinienfeldern. Dabei gelang es schrittweise, die sehr zeitintensiven Bearbeitungsschritte mit verschiedenen Programmen zu automatisieren. Insbesondere durch die automatische Eingabe der Stromdichten und die Berechnung mehrerer Modelle hintereinander wird es dem Bearbeiter von psi-i-Kennlinien ermöglicht, lästige Arbeitsschritte und Berechnungszeiten in die Nachtstunden oder auf das Wochenende zu legen. Auch die Auswertung der Ergebnisse und das Ausfüllen der Datenblätter unter Excel konnte größtenteils automatisiert werden, was nicht nur einen enormen Zeitvorteil mit sich bringt, sondern auch mögliche Fehlerquellen bei der Eingabe von Hand minimiert. Mit den diversen Bearbeitungshilfen ist es möglich geworden, ein komplettes psi-i-Kennlinienfeld für eine vorgegebene Maschinengeometrie in einer guten Woche zu erstellen, wobei die Arbeiten in weiten Teilen ohne Eingaben von außen ablaufen können.
Das zweite Ziel dieser Arbeit, die numerische Magnetfeldberechnung auch im dreidimensionalen Bereich zu ermöglichen und dabei die im zweidimensionalen Bereich nicht berücksichtigten Stirnstreuungen zu erfassen, konnte nur zum Teil erreicht werden. Die Berechnungen im dreidimensionalen Bereich stellen hohe Ansprüche an die verwendete Hardware, die durch den im Institut verwendeten PC nicht erfüllt werden konnten. So wurden zwar die ersten Berechnungen im dreidimensionalen Bereich erfolgreich abgeschlossen, bei komplexeren Modellen, wie sie zur exakten Beschreibung der Stirnseiten und der dort verlaufenden Leiterstränge notwendig sind, machten sehr aufwendige Arbeitsschritte und Berechnungszeiten ein vernünftiges Arbeiten an diesem PC unmöglich. Weitere Untersuchungen im dreidimensionalen Bereich sollten in kommenden Arbeiten sinnvollerweise an einfachen magnetostatischen Problemstellungen durchgeführt werden. Für eine in Bezug auf den Zeit- und Arbeitsaufwand vertretbare Berechnung von Modellen elektrischer Maschinen im dreidimensionalen Bereich wäre der Übergang auf eine leistungsfähigere Workstation unbedingt nötig.
Für die im Institut anfallenden Arbeiten sollte allerdings die numerische Magnetfeldberechnung im zweidiemnsionalen Bereich ausreichen, da die dort angewandten Vereinfachungen und die damit verbundenen Berechnungsfehler in einem zu vertretenden Maße liegen und Modelle recht schnell und einfach erstellt und berechnet werden können.