Einfluss der Wechselrichterspeisung auf den elektrischen Antriebsmotor: Stromverdrängungseffekte bei unterschiedlichen Wicklungsarten

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Robin Krüger

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Die Systemeffizienz des Elektroantriebs ist ein Schlüsselfaktor für Elektrofahrzeuge. Durch höhere Wirkungsgrade können gesteigerte Reichweiten realisiert werden. Der Traktionsantrieb von Elektrofahrzeugen beinhaltet neben der elektrischen Maschine auch den Wechselrichter und die Regelung. Um über die Grundauslegung hinausgehende effizienzsteigernde Potenziale zu nutzen, muss der Elektroantrieb als kohärentes System aufgefasst werden. Durch die Berücksichtigung der Wechselrichterspeisung werden hohe Ordnungen der Stromharmonischen als relevant identifiziert, die durch Stromverdrängungsphänomene in den Kupferverlusten deutlich werden. Die genaue Erfassung von Stromverdrängungseffekten bei unterschiedlichen Wicklungsarten steht in dieser Promotionsschrift im Fokus. Um dabei die hohen Ordnungen der Stromharmonischen durch Wechselrichterspeisung zu beachten, wird der Wechselrichter in einem Gesamtsimulationsmodell des Elektromotorsystems integriert. Die Fragestellung nach dem Einfluss der Wechselrichterkopplung auf die Kupferverluste im Elektroantrieb wird ausführlich diskutiert und bewertet. Als softwareseitige Wechselrichterparameter werden diverse Modulationsarten, Schaltfrequenzen und die Übermodulation untersucht. Im Entwurf des E-Motors werden neben der Hairpin-Wicklung als Stand der Technik im Antriebsstrang die folgenden Wicklungsarten betrachtet. Die Runddraht-, die orthozyklische Runddraht-, die Litzendraht-, die Roebelstab-, die verschränkte 3D-Stab- und die für automobile Anwendungen vielversprechende formgepresste Litzendraht-Wicklung werden untersucht. Zusammenfassend wird das erweiterte Ziel eines möglichst verlustarmen Elektroantriebs sowohl durch die angepassten Wechselrichter- als auch durch die variierten Entwurfsparameter des Elektromotors verfolgt.