Analytische Ermittlung der Wicklung-Stator-Kapazität in elektrischen Maschinen zur Vorausberechnung des hochfrequenten Common-Mode-Stroms

摘要

Der Einsatz von Umrichtern ermöglicht einen einfachen drehzahlveränderbaren Betrieb von Elektromotoren. Allerdings treten bei umrichtergespeisten Antrieben parasitäre, hochfrequente Erscheinungen auf. Der Mittelwert der drei Ausgangsspannungen eines Zweipunkt-Wechselrichters ist aufgrund der diskreten Schaltzustände der Leistungstransistoren eine von Null verschiedene Gleichtaktspannung, welche als Common-Mode-Spannung bezeichnet wird. Die Gleichtaktspannung wird durch den Umrichter in die Motorwicklung eingeprägt und verursacht über die Nutisolierung einen kapazitiven, hochfrequenten Common-Mode-Strom. Die Wicklung-Stator-Kapazität setzt sich aus einem Nut- und einem Stirnraumanteil zusammen. In diesem Artikel wird eine analytische Bestimmung des Nutanteils der Wicklung-Stator-Kapazität vorgestellt, welche neben der Geometrie des Leiters den Einfluss von Materialien mit unterschiedlichen Permittivitäten berücksichtigt. Die Ermittlung des Nutanteils der Wicklung-Stator-Kapazität basiert auf der Spiegelungsmethode. Das vorgestellte Modell wird mithilfe von FEM-Simulationen für verschiedene Geometrien und Materialien validiert.