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Zusammenfassung Dissertation Dr.-Ing. Harald Hofmann

Vor dem Hintergrund eines Forschungsvorhabens über ein mobiles Stromversorgungssystem wird das Betriebsverhalten von Synchronmaschinen mit Dauermagneterregung untersucht. Wegen der Beschränkung auf ein verlustfreies Modell und die Wirkung der Grundwellen der Luftspaltfelder sowie die Grundschwingungen der Klemmengrößen gelten die Ergebnisse sowohl für konventionelle Drehstrommaschinen mit "verteilter" Wicklung als auch für Sonderbauformen wie die Modulare Dauermagnetmaschine (MDM) mit "konzentrierter" Wicklung.
Die bisher bekannten Ausführungsformen der MDM werden durch die Anordnung von mehreren Spulen eines Stranges in einer Zone ergänzt. Auf diese Weise ist es möglich, auch hochpolige MDM in dreisträngiger Ausführung mit großen Wicklungsfaktoren (Ausnutzung) zum Betrieb an einem konventionellen Stromrichter zu bauen.
Der Betrieb der Maschine wird bestimmt durch die Strom- und Spannungsgrenzen. Die Stromgrenze ist entweder durch die thermischen Verhältnisse bei Dauerbetrieb oder durch den Stromrichter bei Kurzzeitbetrieb festgelegt. Die Spannungsgrenze ergibt sich aus der verfügbaren Gleichspannung und der maximalen Aussteuerung des Stromrichters. Es werden die Beziehungen für Drehmoment und Leistung sowie für die Strom- und Spannungskomponenten mit den zugehörigen (Steuer-) Winkeln im Anker- und im Feldstellbereich mit den entsprechenden Drehzahlgrenzen angegeben. Herausgehobene Betriebspunkte werden eingehend betrachtet.
Die Umkehrung der Aufgabe, nämlich die Berechnung der Strom- und Spannungskomponenten bei Vorgabe des Drehmomentes als Sollwert im gesamten Drehmoment-Drehzahl-Bereich, wird ebenfalls durchgeführt. Dies ist für die Drehmomentsteuerung in mobilen Anwendungen von Bedeutung.
Die Untersuchungen beziehen sich auf Maschinen mit Oberflächen- und auf solche mit "vergrabenen" Magneten. Letztere erfordern einen erheblich größeren Berechnungsaufwand, weil sich die Induktivitäten in Längs- und Querachse unterscheiden, was zu einem Reluktanzmoment zusätzlich zum Hauptmoment führt.
Um die abgeleiteten Beziehungen soweit wie möglich übersichtlich zu gestalten, werden bezogene Größen verwendet. Hierfür hat sich der dreipolige Kurzschlussstrom als besonders zweckmäßig erwiesen.
Die Gleichungen lassen sich einfach auswerten. Entsprechende Rechenprogramme wurden erstellt. Damit ließen sich in allen Betriebspunkten widerspruchsfreie Ergebnisse erzielen, wie eingehende Vergleiche von Rechnung und Messung gezeigt haben.