Betrieb einer elektrisch erregten Synchronmaschine mittels kontaktloser, induktiver Energieübertragung auf den Rotor

In dieser Arbeit wird eine rotierende induktive kontaktlose Energieübertragungsstrecke zur Übertragung von Energie auf den Rotor einer elektrisch erregten Synchronmaschine entworfen, aufgebaut und in Betrieb genommen.
Zunächst werden die Theorie und der Betrieb der elektrisch erregten Synchronmaschine betrachtet und daraus Anforderungen für die rotierende Energieübertragungsstrecke abgeleitet. Für den Betrieb der elektrisch erregten Synchronmaschinewerden aus den, auf Messdaten basierenden, Maschinenparametern wirkungsgradoptimale Stromverteilungen für alle Arbeitspunkte bestimmt und als Kennfelder in der Regelung hinterlegt. Außerdem werden die theoretischen Grundlagen der kontaktlosen induktiven Energieübertragung und die in der Schirmung auftretenden Wirbelstromverluste in Abhängigkeit der Frequenz und der Materialparameter betrachtet.
Weiterhin werden die elektrischen Parameter des kontaktlosen induktiven Energieübertragungssystems ausgelegt. Dabei wird berücksichtigt, dass das System ohne Stromsensor auf der Sekundärseite arbeiten soll. Die Komponenten werden so ausgelegt, dass eine konstante Übertragungsfunktion vorliegt und der sekundärseitige Strom von der Primärseite aus geregelt werden kann.
Für den mechanischen Aufbau des Systems wird zunächst eine geeignete Geometrie für die Übertragungsstrecke festgelegt. Auf Basis dieser Geometrie wird der Magnetkreis der Energieübertragungsstrecke ausgelegt und mittels 2D- und 3D-FEM berechnet.
Anhand von Messungen werden die Theorie, die Systemauslegung und die Berechnungen verifiziert. Dazu werden verschiedene Prototypen aufgebaut und vermessen. Abschließend wird ein rotierender Prototyp an die elektrisch erregte Synchronmaschine angebaut, um das Gesamtsystem auf dem Prüfstand zu vermessen und zu verifizieren.