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Der vorliegende Beitrag stellte die beiden Verfahrensklassen parameterbasierte Verfahren und Suchverfahren für eine energieeffiziente Betriebsführung von Asynchronmaschinen im stationären Zustand kurz vor und zeigte das Potential zur Reduktion der Verlustleistung in stationären Arbeitspunkten für zwei Motoren unterschiedlicher Baugröße. Dabei wurde deutlich, dass insbesondere im unteren Teillastbereich eine erhebliche Verringerung der Verlustleistung erzielt werden kann.
In diesem Beitrag wurde gezeigt, wie ein bereits bekanntes Verfahren zur modellprädiktiven Regelung zur Optimierung der Energieeffizienz einer Asynchronmaschine im dynamischen Betrieb eingesetzt werden kann. Dazu wurden zunächst die Beziehungen für die Verlustleistung bei alleiniger Berücksichtigung der Kupferverluste im dynamischen Betrieb hergeleitet. Ausgehend davon wurde das Optimierungsproblem formuliert, der Einfluss von Parametern des modellprädiktiven Verfahrens auf das Optimierungsergebnis untersucht und damit Vorschlagswerte für diese Parameter ermittelt. Der Vergleich mit zwei weiteren Verfahren ohne Optimierung bzw. mit Optimierung allein für stationäre Arbeitspunkte zeigt die Vorteile des modellprädiktiven Verfahrens.
In diesem Beitrag wurde gezeigt, wie mit Hilfe von Verfahren zur Analyse von Petri–Netzen ein in der Programmiersprache Kontaktplan erstelltes SPS–Programm analysiert werden kann. Das Ziel des Verfahrens ist dabei nicht eine Verifikation im eigentlichen Sinne sondern das Aufdecken von verbotenen oder unerwünschten Zuständen. Im Beitrag wurden Regeln zur Transformation des im Kontaktplan erstellten Ablaufs in ein Petri–Netz angegeben und anhand der Analyse eines fehlerhaft implementierten Ablaufs die Leistungsfähigkeit des Ansatzes vorgestellt. Das Beispiel zeigt, dass Programmfehler bereits vor einem Test an der realen Anlage erkannt werden können. Bei der weiteren Entwicklung des Verfahrens liegt ein Schwerpunkt auf der Verallgemeinerung auf im Kontaktplan entwickelte Programmorganisationseinheiten, die nicht nur reine
Abläufe implementieren. Ein weiterer wichtiger Entwicklungsschritt ist die graphische Unterstützung der Fehlersuche im Erreichbarkeitsgraphen, so dass insgesamt ein leistungsfähiges Werkzeug zur Unterstützung der Implementierung von Ablaufsteuerungen im Kontaktplan zur Verfügung steht.
In this paper a double hogger used in woodworking machines is considered. The machining tools are driven by induction machines operated by standard inverters. During production the load of these motors changes periodically between low load and high load at a given speed. This paper investigates the reduction of power losses in such an application using an appropriate energy efficient control strategy for the induction machines.
The current paper discusses the optimal choice of a filter time constant for filtering the steady state flux reference in an energy efficient control strategy for changing load torques. It is shown that by appropriately choosing the filter time constant as a fraction of the rotor time constant the instantaneous power losses after a load torque step can be significantly reduced compared to the standard case. The analysis for the appropriate choice of the filter time constant is based on a numerical study for three different induction motors with different rated powers.
In this article feedback linearization for control-affine nonlinear systems is extended to systems where linearization is not feasible in the complete state space by combining state feedback linearization and homotopy numerical continuation in subspaces of the phase space where feedback linearization fails. Starting from the conceptual simplicity of feedback linearization, this new method expands the scope of their applicability to irregular systems with poorly expressed relative degree. The method is illustrated on a simple SISO–system and by controlling the speed and the rotor flux linkage in a three phase induction machine.
Methods for increasing the energy efficiency of induction motors by an appropriate control strategy have been a subject of research during the last years. Several methods for loss minimization have been developed for induction motors operated in a steady state. In recent years, some solutions for the dynamic case have been given as well either using an online or offline optimization approach, implying a certain computational burden, which is undesired in practice. This paper shows that the appropriate application of steady state techniques during transients due to a changing motor torque is a suboptimal strategy with an acceptable performance for efficiency optimization given an induction machine where saturation effects of the main inductance must be considered. The optimization problem is simplified such that a simple suboptimal solution is possible and the quality of the suboptimal solution is investigated by simulations and measurements. The proposed solution is simple, easy to implement, and does not require an online optimization. In addition, the influence of magnetizing induction saturation is considered.
This paper presents a laboratory experiment integrating the fields of electronics design, power electronics and drive control. The aim of this experiment is first to illustrate the need for a deep knowledge and the challenges in power electronics and its applications, in this particular case for drive control. The different tasks in this experiment are executed on a complete setup for a brushless dc motor test bench. The tasks assigned to the students are designed such that, in some tasks the knowledge from a particular field, power electronics, electronic design or drive control is deepened, whereas in other tasks the knowledge from more than one of these fields is needed to solve the given problem. Thus, the experiment trains students in the particular domains but illustrates as well the links between power electronics, electronic design and drive control.
One of the challenges in condition monitoring systems is the residual life time prediction. This prediction is done based on statistical methods, based on physical knowledge about the considered process or a combination of these approaches. Physical knowledge of the system is a result of long-term experience of process operators. However, it can be gained as well by analyzing appropriately designed process models. The additional benefit of such models is that particular effects and their impact on the process behavior can be analyzed in detail and without plant operation in a shorter time. The current contribution developed in the framework of the research project Model Based Hierarchic Condition Monitoring presents such models for condition monitoring of roller chains. First, already existing high order dynamic models given by nonlinear differential equations of such chains are extended to incorporate effects that occur due to a deterioration of the chain condition. Then, a simple model is developed and compared to the high order model. Based on the two models the change in the process behavior due to a deterioration of the roller chain condition is analyzed to illustrate that these models can be used in future research in the above mentioned research project to better predict the residual life time of the considered roller chains.
Das Thema Energiewende ist in aller Munde. Sie soll eine sichere, umweltverträgliche und wirtschaftlich erfolgreiche Zukunft ermöglichen. Ein Ansatz dafür ist die dezentrale, also verbrauchernahe Energieversorgung. Der Trend geht weg vom konventionellen Kraftwerk und hin zur Kraft-Wärme-Koppelung und erneuerbaren Energien. Für einen absehbaren Zeitraum geht es auch darum, zentrale und dezentrale Elemente sinnvoll miteinander zu verknüpfen. Mit der Frage, wie Energiesysteme angepasst und kombiniert werden müssen, um den Energiehaushalt – den nationalen wie den von Unternehmen und Privatpersonen – optimieren zu können, beschäftigt sich das Reutlinger Energiezentrum für Dezentrale Energiesysteme und Energieeffizienz in Lehre und Forschung. Es ist die Kombination aus Technik und Betriebswirtschaft, aus einzelwirtschaftlicher Optimierung und aus Gesamtsicht, die das Reutlinger Energiezentrum ausmacht. Im Folgenden werden die Schwerpunkte des Forschungsteams dargestellt.
This paper describes a new method for condition monitoring of a roller chain. In contrast to conventional methods, no additional accelerometers are used to measure and interpret frequency spectra but the chain condition is evaluated using an easy to interpret similarity measure based on correlation functions using the driving motor torque. An additional clustering of current data and reference measurements yields an easy to understand representation of the chain condition.
Condition Monitoring for mechanical systems like bearings or transmissions is often done by analysing frequency spectra obtained from accelerometers mounted to the components under observation. Although this approach gives a high amount on information about the system behaviour, the interpretation of the resulting spectra requires expert knowledge, that is, a deep understanding of the effect on condition deterioration on the measured spectra. However, an increasing number of condition monitoring applications demands other representations of the measured signals that can be easily interpreted even by non–experts. Therefore, the objective of this paper is to develop an approach for processing measured process data in order to obtain an easy to interpret measure for assessing the component condition. The main idea is to evaluate the deterioration of a component condition by computing the correlation function of current measurements with past measurements in order to detect a component condition deterioration from a change in these correlation functions. Besides the simplicity of the obtained measure, this approach opens the opportunity for integrating a model based approach as well. The developed method is tested based on a condition monitoring application in a roller chain.
In this paper we describe the design and development process of an electromagnetic picker for rivets. These rivets are used in a production process of leather or textile design objects like riveted waist belts or purses. The picker is designed such that it replaces conventional mechanical pickers thus avoiding mechanical wear problems and increasing the process quality. The paper illustrates the challenges in the design process of this mechatronic system. The design process was based on both simulation and experiments leading to a prototype that satisfies the requirements.
A simple determination of the error voltage compensation map for motor parameter identification
(2018)
This paper proposes a new method for determining the error voltage compensation map in a parameter identification procedure of three-phase induction motors with an inverter. The compensation curve depending on the motor current is determined using a simple procedure based on given reference voltage steps and the corresponding steady state values of the stator current of the induction motor.
Ein wesentliches Ziel der unter dem Schlagwort Industrie 4.0 gebündelten neuen Entwicklungen ist die Vernetzung intelligenter Komponenten in industriellen Anlagen, um Prozesse transparenter und effizienter zu gestalten. Ein weiteres Ziel ist das Condition Monitoring, d.h. die Überwachung des Zustands der Komponenten während der Laufzeit und die Abschätzung der Restlebensdauer, damit die gesamte Lebensdauer der Komponente ausgenutzt und Wartungsintervalle besser geplant werden können. Die Bewertung des Komponentenzustands erfolgt anhand von Messgrößen, die entweder durch zusätzlich in den Prozess eingebrachte Sensoren erfasst werden oder durch Prozessdaten, die in den Regel- und Steuereinrichtungen verfügbar sind. Diese Messdaten werden ausgewertet und das Ergebnis wird dem Anwender angezeigt.
Der vorliegende Beitrag gibt einen kurzen Überblick über verwendete Messgrößen sowie verwendete Auswerteverfahren. Darüber hinaus wird ein Verfahren erläutert, das die Schwierigkeiten bei der Beurteilung der üblicherweise verwendeten Frequenzspektren vermeidet.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Fehlspannung eines Stromrichters, an den eine Last, insbesondere in Form einer Drehfeldmaschine wie Asynchronmaschine, angeschlossen ist, bestimmt und ggf. kompensiert wird, wobei eine Ausgangsspannung an dem Stromrichter stufen- oder schrittweise erhöht und der sich hierbei als Sprungantwort einstellende Strom gemessen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Drehfeldmaschine beispielsweise in Form einer Asynchronmaschine, mit einer Leistungselektronik umfassend einen tromrichter sowie einer Kompensationseinrichtung zum Kompensieren der Fehlspannung des Stromrichters, sowie weiterhin ein Verfahren zum Betreiben und/oder Steuern einer solchen Drehfeldmaschine, bei dem die Fehlspannung des Stromrichters bestimmt und kompensiert wird.
A novel brushless excitation concept for synchronous machines with a rotating power converter is proposed in this paper. The concept does not need an auxiliary winding or any other modification to the machine structure apart from an inverter with a DC link capacitor and a controller on the rotor. The power required for the rotor excitation is provided by injecting harmonics into the stator winding. Thus, a voltage in the field coil is induced. The rotor inverter is controlled such that the alternating current charges the DC link capacitor. At the same time the inverter supplies the DC field current to the field coil. The excitation concept is first developed in theory, then presented using an analytical model and FEA, and lastly investigated with a prelimininary experimental setup.
In this work design rules for a novel brushless excitation system for externally excited synchronous machines are discussed. The concept replaces slip rings with a fullbridge active rectifier and a controller mounted on the rotor. An AC signal induced from the stator is used to charge the rotor DC link. The DC current for the rotor excitation is provided from this DC link source. Finite element analysis of an existing machine is used to analyze the practicability of the excitation system.
This paper discusses the optimal control problem for increasing the energy efficiency of induction machines in dynamic operation including field weakening regime. In an offline procedure optimal current and flux trajectories are determined such that the copper losses are minimized during transient operations. These trajectories are useful for a subsequent online implementation.
This paper presents an approach for the implementation of a modular and scalable power electronics device for controlling electric drives in the field of electric vehicles using wide bandgap semiconductor devices. The main idea is to achieve the required output currents or voltages by connecting adequately designed hardware modules in parallel or in series. This particular design is based on the fact that the single modules generate a continuous and specified output voltage from a given dc voltage, e.g. an intermediate circuit or battery voltage. The main benefit is, that different current or voltage requirements can be satisfied based on a single module thus decreasing development and production costs. The current paper focuses on the connection in parallel of such modules. A control architecture is illustrated and a first proof of concept is given.