Ladungsträgerbasierte Modellierung von Teilentladungsprozessen in Runddrahtwicklungen umrichtergespeister Niederspannungsmaschinen

ZusammenfassungDas Auftreten von Teilentladungen in elektrischen Maschinen kann innerhalb von kurzer Zeit zum Versagen des Isoliersystems und somit zum Ausfall der Maschine führen. Für den Auslegungsprozess ist es daher essenziell zu ermitteln, ab welcher Spannung für welche Betriebspunkte Teilentladungen auftreten können. Umrichterbetriebene elektrische Maschinen sind aufgrund der transienten Spannungen besonderen Belastungen ausgesetzt. Insbesondere im Automobilbereich entstehen zusätzliche Anforderungen durch die Erhöhung der Zwischenkreisspannung und der Verwendung von schnellschaltenden Halbleiterelementen, wie z. B. Siliziumkarbid (SiC). Teilentladungen treten in luftgefüllten Hohlräumen innerhalb des Isoliersystems auf. Um die Teilentladungseinsetzspannung in Abhängigkeit von Spannungsanstiegsgeschwindigkeit und Überschwingverhalten zu berechnen, wird ein Modell auf Basis von hydrodynamischen Gleichungen entwickelt, das die Teilchenbewegung von positiven und negativen Ionen sowie von Elektronen im Luftraum berücksichtigt. Mithilfe der ladungsträgerbasierten Modellierung ist es ferner möglich, den entstehenden Teilchenstrom zu berechnen, der einen Rückschluss auf die Teilentladungsintensität zulässt.