Entwurf, Modellbildung und Realisierung einer Asynchronmaschine mit Zahnspulenwicklung im Stator und Rotor

Allgemeines Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einen detaillierten Blick auf eine zahnspulenbewickelte Asynchronmaschine im Stator und Rotor zu werfen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt hierbei auf der Betrachtung eines neuartigen, mehrphasigen und zahn- spulenbewickelten Aufbaus des Rotors und der damit einhergehenden Vorteile. Ausgangspunkt für die Auslegung und weitere Betrachtung stellt die klassische analytische Maschinenbetrachtung am Netz dar. Unter Zuhilfenahme der resultierenden Luftspaltgrößen der Durchflutungsverteilung und magnetischen Flussdichte sowie des analytischen Ersatzschaltbildes, welches als Bezug die elektrischen Klemmen der Maschine heranzieht, wird das Maschinenverhalten auf das resultierende Drehmoment allgemein modelliert. Die Aktivteillänge, die bei konstanter Gesamtlänge der Maschine bei der zahnspulenbewickelten Asynchronmaschine deutlich größer ausfallen kann, wird als ein wichtiges Auslegungskriterium aufgezeigt. Zusätzlich wird die elektrische Rotorschaltung, welche einen großen Einfluss auf den resultierenden Drehmomentverlauf der Maschine nimmt, zwischen einer Sternschaltung und einer kurzgeschlossenen Zahnspule unterschieden und deren Vor- und Nachteile herausgearbeitet.
Bezugnehmend auf den analytischen Maschinenentwurf werden einige vielversprechende Maschinenauslegungen näher berechnet. Diese werden unter Zuhilfenahme der numerischen Finite-Elemente-Methode im Detail auf ihr Drehmomentverhalten und ihre Drehmomentwelligkeit hin untersucht. Nach diesen Detailberechnungen wird eine vielversprechende Maschinenauslegung ausgewählt und der Entwurf, die Berechnung sowie die Realisierung einer Versuchsmaschine im Detail dokumentiert. Die realisierte Versuchsmaschine wird in wichtigen Betriebspunkten vermessen und die Messergebnisse sowie deren Abweichungen zu den berechneten und simulierten Werten hin diskutiert. Zusätzlich wird die Versuchsmaschine mit zwei Referenzmaschinen, die einen klassischen verteilten Wicklungsaufbau mit Kurzschlussläufer besitzen, theoretisch verglichen.