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Acoustic modeling of electrical drives : noise and vibration synthesis based on force response superposition = Akustische Modellierung elektrischer Antriebe : Geräusch- und Schwingungssynthese mittels Überlagerung von Strukturschwingungsantworten



VerantwortlichkeitsangabeMatthias Bösing

Ausgabe1. Aufl.

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2014

UmfangXII, 188 S. . Ill., graph. Darst.

ReiheAachener Beiträge des ISEA ; 71


Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Druckausg.: Bösing, Matthias: Acoustic modeling of electrical drives


Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter


Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-09-12

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-52014
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/459444/files/5201.pdf

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl und Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (614510)
  2. Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (614500)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Elektroantrieb (frei) ; Maschinenakustik (frei) ; Schwingungsakustik (frei) ; Geräuschanalyse (frei) ; Schwingungsverhalten (frei) ; Kraftmessung (frei) ; Antwortfunktion (frei) ; Superposition (frei) ; Simulation (frei) ; Auralisation (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 621.3

Kurzfassung
In der Arbeit wird eine universelle Modellierungsmethodik für das akustische Verhalten elektrischer Antriebe vorgestellt. Ziel ist es, die Qualität der akustischen Modellierung elektrischer Antriebe zu verbessern und gleichzeitig ihre Anwendung zu vereinfachen und einer breiten Anwendergruppe zugänglich zu machen. Die Methodik basiert auf einem Systemsimulations- und einem Schwingungssyntheseansatz. Mittels des vorgestellten Verfahrens kann eine umfassende und realitätsnahe Modellierung der elektromagnetischen Geräuschanregung routinemäßig bei der Auslegung von elektrischen Antriebssystemen erfolgen. Zum Einsatz kommt ein zweistufiger Prozess. Zunächst werden offline automatisiert Kraftanregungskennfelder sowie Strukturschwingungsantworten berechnet. Hieran schließt sich als interaktiver Teil eine benutzergesteuerte Systemsimulation mit Kraftinterpolation und anschließender Schwingungssynthese an. Dieser Prozess erlaubt die Nutzung komplexer numerischer 3-D-Strukturmodelle bei gleichzeitig recheneffizienter Simulation beliebiger Betriebspunkte. Dabei lassen sich zudem Regelungseinflüsse, Raumharmonische und Schaltfrequenzkomponenten berücksichtigen. Kern der effizienten Synthese ist ein Superpositionsansatz. Für die maschineninhärenten Kraftanregungsformen werden Strukturschwingungsformen und -antworten vorherberechnet. Diese werden bei der Synthese mit den aus der Systemsimulation gewonnenen Kraftanregungsverläufen als Skalierungsfaktoren überlagert. Besonderes Augenmerk gilt der räumlichen Kraftzerlegung, so dass die zugrunde liegenden Basisfunktionen für die Aufbringung in strukturdynamischen Modellen der elektrischen Maschine geeignet sind. Der Schwingungssyntheseprozess ist für alle Maschinentypen und Bauformen geeignet, einschließlich geschrägter, Transversalfluss- oder Außenläufermaschinen. Maschinen- und Luftspaltkraftmodelle werden für permanenterregte Synchron- und Geschaltete Reluktanzmaschinen erarbeitet und in die Systemsimulation eingebettet. Veranschaulicht und verifiziert wird die Methodik anhand verschiedener Beispielmaschinen. Dabei handelt es sich um permanenterregte Synchronmaschinen für Elektro- und Hybridfahrzeuge und um eine Geschaltete Reluktanzmaschine (GRM) für Industrieanwendungen. Zur Demonstration der Anwendbarkeit der eingeführten Methodik auch auf spezielle Maschinen und Betriebszustände wird abschließend das akustische Verhalten eines Außenläufer-GRM-Traktionsantriebs mit verteiltem Umrichter in verschiedenen Fehlerzuständen synthetisiert.

This thesis presents a universal acoustic modeling process for efficient, high-quality modeling of the electromagnetically-excited acoustic noise of electrical drives. The process integrates well into the drive design process and realistic acoustic modeling of the electromagnetic noise excitation can be routinely performed. The resulting vibrations are displayed and auralized. The vibration synthesis process can be applied to all machine types and geometric configurations, including outer-rotor and transversal-flux machines as well as machines with rotor or stator skew. Machine and air-gap force models have been developed and implemented into the system simulation for permanent magnet synchronous machines including spatial harmonics as well as for switched reluctance machines. Switching frequencies and spatial machine harmonics are routinely taken into account. Sound radiation or transfers path analyses can be added and analytical or measured models be integrated. The approach combines the two fast and user-interactive steps system simulation and vibration synthesis. The underlying model parameters are obtained via automated offline finite-element simulations based on generic input parameters. This allows for using complex electromagnetic and structural models without computation time becoming prohibitive. The process is illustrated and verified via several application examples. These are permanent magnet synchronous machines for electric and hybrid electric vehicles and switched reluctance drives for an industrial and a traction application.

Fulltext:
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Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
English

Interne Identnummern
RWTH-CONV-145353
Datensatz-ID: 459444

Beteiligte Länder
Germany

 GO


OpenAccess

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The record appears in these collections:
Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Electrical Engineering and Information Technology (Fac.6)
Publication server / Open Access
Public records
Publications database
614500
614510

 Record created 2014-12-22, last modified 2022-04-22


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