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Ein Verfahren zur Optimierung bei elektrischen Maschinen mit Hilfe der numerischen Feldberechnung

Christoph Schätzer

Diese Arbeit befaßt sich mit der Optimierung des magnetischen Kreises von elektrischen Geräten, hier im speziellen von elektrischen Maschinen, mit Hilfe eines neu entwickelten Optimierungsverfahrens in Verbindung mit dem numerischen Feldberechnungsprogramm PROFI. Die Optimierungsaufgaben bestehen aus mehreren Zielfunktionen, die gleichzeitig, ohne Transformation in eine Aufgabe mit nur einer Zielfunktion, gelöst wird. Aufgaben diesen Typs werden Vektoroptimierungsaufgaben genannt, da die Einzelziele der Aufgabe in einem Zielfunktionsvektor zusammengefaßt werden. Diese Aufgaben haben nicht eine einzelne Lösung, sondern problembedingt eine Menge von sogenannten Kompromißlösungen, die sich dadurch ergeben, daß sich die zu optimierenden Einzelziele in der Regel direkt widersprechen. Lösungen einer Vektoroptimierungsaufgabe werden durch die sogenannte PARETO­ Bedingung beschrieben. Hierbei gilt ein Vektor von Zielfunktionen als optimal im Sinne der Aufgabe, wenn keine weiteren Zielfunktionen existieren, bei der keine Zielfunktion innerhalb des Zielfunktionsvektors verbessert werden kann ohne wenigstens eine andere zu verschlechtern. Die Menge aller Lösungen, die dieser Bedingung genügen, wird als PARETO-Menge bezeichnet.Das in der Arbeit vorgestellte Optimierungsverfahren VEKOPT verwendet die PARETO- Optimalitätsbedingung, um durch stochastische Veränderungen von Suchpunkten alle Punkte der Vektoroptimierungsaufgabe zu finden, die die Optimalitätsbedingung erfüllen. Das Verfahren approximiert durch eine stetig wachsende Anzahl von Punkten die Lösungsmenge der Aufgabe und liefert somit ein genaues Abbild der PARETO-Menge. Zur Verifikation der Leistungsfähigkeit des Verfahrens wird es auf drei Probleme aus dem Elektromaschinenbau angewendet. Im ersten Beispiel wird ein Windkraftgenerator hinsichtlich dreier Zielvorgaben optimiert. Diese sind maximale Generatorleistung, maximaler Generatorwirkungsgrad bei minimalen Materialkosten des elektro-magnetischen Kreises. Im zweiten Beispiel wird die Magnetkonfiguration des Läufers eines hochdrehenden Spindelantriebes optimiert. Charakteristische Eigenschaften des permanenterregten Antriebes sind eine geforderte Spannungs- und Leistungskonstanz über einen Drehzahlbereich von 6000/min bis 20000/min. Das dritte Beispiel beschreibt die Optimierung des Läufers einer hochdrehenden permanenterregten Synchronmaschine. Hierbei muß insbesondere die mechanische Auslegung der Glas-Faser-Bandage, die zur sicheren Fixierung der Magnete im Läufer der Maschine benötigt wird, berücksichtigt werden.

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2.26 MB DATEIGRÖSSE
9783826599927 ISBN
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