Zusatzverluste von Asynchronmaschinen für Traktionsantriebe zufolge der Stromrichterspeisung : analytische Berechnung und messtechnischer Vergleich

Abstract

Die Stromrichterspeisung von Drehstrom-Asynchronmaschinen für Traktionsantriebe stellt besondere Herausforderungen an die im Allgemeinen elektromagnetisch und thermisch hoch ausgenutzte Traktionsmaschine. Die auftretenden wechselrichterbedingten Zusatzverluste führen zu einer zusätzlichen Erwärmung, diese ist bei der thermischen Berechnung im Zuge der Auslegung der Maschine zu berücksichtigen.<br />Die wechselrichterbedingten Zusatzverluste sind sowohl von den Eigenschaften der Maschine als auch von den Eigenschaften des Wechselrichters abhängig. Die Veränderung von Parametern des Stromrichters wie Zwischenkreisspannung und Taktfrequenz haben wesentlichen Einfluss auf die stromrichterbedingten Zusatzverluste. In der thermischen Berechnung ist es nötig, die Verluste abhängig vom Betriebspunkt zu quantifizieren. Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Vorausberechnung der wechselrichterbedingten Zusatzverluste von Asynchron-Traktionsmaschinen, die wesentliche Unterschiede im Vergleich zu gewöhnlichen Asynchron-Industriemaschinen aufweisen. Die Berechnung erfolgt hauptsächlich über ein Oberschwingungsmodell der Maschine mit frequenzabhängigen Parametern im jeweiligen Ersatzschaltbild. Weiters wird für die Vorausberechnung der Verluste eine Simulation des Traktionsstromrichters erstellt. Abschließend werden Messwerte und Rechenwerte verglichen. Es erfolgt eine Aufteilung der zusätzlichen Verluste anhand der Verlustquellen zwischen Stator und Rotor beziehungsweise zwischen Stromwärme- und Eisenverlusten.

The inverter supply of asynchronous induction machines of traction drives has a major influence on both electromagnetic and thermal performance. Generally, the design of these machines requires high electromagnetic and thermal stress. Thus, the additional losses caused by the inverter have to be considered with the initial design. The additional losses depend on the characteristics of the machine as well as on the operating mode of the inverter. DC-link voltage and switching frequency have major effects on the additional losses.<br />Concerning the thermal design, a precalculation of the additional losses at various operating points is necessary. The main intention reported is to predict the additional losses of inverter-fed induction machines which are used in traction drives. These machines show some fundamental differences compared with standard induction machines. The calculation bases on a machine model concerning the higher harmonics and a simulation of the traction converter.<br />Measured and calculated additional losses of already built machines are compared. In addition, the losses are separated into stator and rotor losses as well as in power and iron losses.