Energieoptimale Drehmomentsteuerung und Auslegung von hochdynamischen Asynchronantrieben unter besonderer Berücksichtigung der transienten Stromverdrängung

An moderne stromrichterbetriebene Drehstromantriebe werden wachsende Anforderungen bezüglich einer hohen Drehmomentdynamik gestellt. Jedoch erfordert die schnelle Drehmomentänderung eine entsprechend schnelle Änderung der Wicklungsströme, die zur Anregung der transienten Stromverdrängung in den Rotorstäben von Käfigläufermotoren führt. Die sich infolge der transienten Stromverdrängung ergebenden zusätzlichen Rotorverluste erzeugen bei schnellen Lastspielen eine nennenswerte zusätzliche Wärme im Rotor. Repräsentative Beispiele derartiger transienten Stromverdrängung bieten die Querschneiderantriebe in Papiermaschinen, die Scheren in Walzwerken und die Prüfstandantriebe in der Automobilindustrie. Die vorliegende Arbeit soll dem Leser aufzeigen, wie zusätzliche Rotorverluste, verursacht durch transiente Stromverdrängung, bei schnellen Lastspielen durch die energieoptimale Drehmomentsteuerung und Auslegung vermindert werden können, ohne dass die sonstigen Betriebseigenschaften des Asynchronantriebs gleichzeitig verschlechtert werden. Darüber hinaus wird das Trägheitsmoment des Antriebsmotors zugleich als eine andere Zielgröße durch das multiobjektive Optimierungsverfahren reduziert. Bei der Optimierungsarbeit wird großer Wert auf die interdisziplinäre Berechnungsmethodik gelegt, sodass die Wechselwirkung zwischen den elektromagnetischen, thermischen, strömungsmechanischen und regelungstechnischen Vorgängen durch die gekoppelte Berechnung berücksichtigt werden kann. Die in der Arbeit behandelten Herangehensweisen der energieoptimalen Drehmomentsteuerung und Auslegung können nicht nur auf hochdynamische Asynchronantriebe angewendet werden sondern auch als Leitfaden für Optimierung von anderen Antriebsanwendungen dienen.