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ZusammenfassungDer 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.

ZusammenfassungDie Anzahl umrichtergespeister Antriebe steigt aufgrund der guten Regelbarkeit des Motors bei mittlerweile geringen Anschaffungskosten. Infolge der diskreten Schaltzustände der Leistungstransistoren ist der Mittelwert der drei Ausgangsspannungen eines Zweipunkt-Wechselrichters eine von Null verschiedene Gleichtaktspannung, welche als Common-Mode-Spannung bezeichnet wird. Die Gleichtaktspannung wird durch den Umrichter in die Motorwicklung eingeprägt. Über die Wicklung-Rotor-Kapazität entsteht ein Abbild der Common-Mode-Spannung auf der Motorwelle, die auch an den Motorlagern anliegt und die Durchschlagsfestigkeit des Schmierfilms der Lager überschreiten und zu Durchschlägen führen kann, welche in der Beschädigung der Motorlager resultieren.Die Wicklung-Rotor-Kapazität setzt sich aus einem Nutschlitz- und einem Stirnraumanteil zusammen. In diesem Artikel wird eine analytische Bestimmung des Nutschlitzanteils der Wicklung-Rotor-Kapazität vorgestellt, welche neben der Geometrie des Nutschlitzes und der Geometrie des Luftspalts den Einfluss von Materialien mit unterschiedlichen Permittivitäten berücksichtigt. Die Ermittlung des Nutschlitzanteils der Wicklung-Rotor-Kapazität basiert auf der Berechnung des skalaren Potenzialfelds im Gebiet des Nutschlitzes und des Luftspalts.

The number of inverter-fed motors is increasing due to the good controllability of the motor and the meanwhile low acquisition costs. As a result of the discrete switching states of the power transistors, the average of the three output voltages of a two-level inverter is a common mode voltage, which differs from zero. The common mode voltage is impressed into the motor winding by the inverter, and an image of the common mode voltage is produced across the bearings via the winding-to-rotor capacitance. The voltage applied to the motor bearings can exceed the dielectric strength of the lubricating film of the bearings and lead to discharge currents resulting in damage to the motor bearings. The winding-to-rotor capacitance is composed of a slot and an end-winding portion. In this article, an analytical determination of the end-winding portion of the winding-to-rotor capacitance is presented, which, in addition to the rotor geometry, considers the influence of materials with different permittivities. The method is validated by means of FEM simulations for different geometries and materials.

ZusammenfassungSchnellschaltende Zweipunkt-Wechselrichter ermöglichen einen verlust- und geräuscharmen drehzahlveränderbaren Betrieb einer elektrischen Maschine. Der Trend zu umrichtergespeisten Antrieben wird durch sinkende Anschaffungskosten zusätzlich verstärkt. Die durch das Schalten der Leistungstransistoren erzeugten steilen Spannungsflanken und die vom Umrichter verursachte inhärente Gleichtaktspannung führen jedoch zu unerwünschten parasitären Effekten. Die Gleichtaktspannung, auch als Common-Mode-Spannung bezeichnet, wird durch den Umrichter in die Motorwicklung eingeprägt. Über die Wicklung-Rotor-Kapazität entsteht ein Abbild der Common-Mode-Spannung auf der Motorwelle, die auch an den Motorlagern anliegt und die Durchschlagsfestigkeit des Schmierfilms der Lager überschreiten und zu EDM-Lichtbogenentladungen führen kann, welche in der Beschädigung der Motorlager resultieren.Für die Bestimmung der an den Motorlagern anliegenden Spannung ist die Ermittlung der Kapazität zwischen Statorblechpaket und Rotor erforderlich. Die kapazitive Kopplung zwischen dem Stator und dem Rotor im Aktivteil der elektrischen Maschine wird mithilfe eines Zylinderkondensators modelliert. Der Einfluss der Nutöffnung des Statorblechpakets kann mittels des Carter-Faktors berücksichtigt werden. In diesem Artikel wird durch FEM-Simulationen der Einfluss der Permittivität des im Nutschlitz eingesetzten Materials untersucht und eine analytische Bestimmung der Stator-Rotor-Kapazität unter Berücksichtigung der dielektrischen Eigenschaften des Nutschlitzmaterials erarbeitet.