Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Lärmerzeugung in wechselrich¬ tergespeisten Asynchronmaschinen und der Lärmbeeinflussung durch opti¬ mierte Pulsmuster. Wechselrichter (WR) als geschaltete Systeme erzeugen neben der dreiphasigen Grundschwingung zahlreiche Oberschwingungen, welche in der Maschine zusätzliche Geräusche elektromagnetischen Ursprungs verursachen. Verantwortlich für diesen Lärm sind radiale magne¬ tische Kräfte im Luftspalt der Maschine, welche an der

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... seite des Sta¬ tors angreifen und diesen in Vibration versetzen. Da die heutigen Wechsel¬ richter für Antriebe im mittleren Leistungsniveau mit Schaltfrequenzen im Bereich der grössten Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs betrieben werden, wird der magnetische Lärm oft als sehr störend empfunden. Um den Einfluss der Modulation zur Steuerung des Wechselrichters auf den magnetischen Lärm beschreiben zu können, stellt der erste Teil der Arbeit die Lärmentstehung in wechselrichtergespeisten Asynchronmaschinen vor. Dazu werden mit Hilfe des elektromagnetischen Maschinenmodells die all¬ gemeinen Zusammenhänge zwischen den WR-Ausgangsspannungen und der lärmverursachenden magnetischen Druckverteilung im Luftspalt der Maschine hergeleitet. Die eingehenden Diskussionen der magnetischen Druckverteilung zeigen, dass jede einzelne Oberschwingungskomponente der WR-Ausgangsspannungen zwei dominante Druckverteilungen mit einer pulsierenden, kreisförmigen und einer rotierenden, sternförmigen Wellen¬ form entlang dem Luftspaltumfang erzeugt, welche jeweils eine unter¬ schiedliche Wirkung auf den magnetischen Lärm ausüben. Zur quantitativen Beschreibung des Lärms stellt sich die Frage nach der Wahl der geeigneten akustischen Messgrösse. Antriebssysteme werden in Räumen aufgestellt, welche die verschiedenartigsten akustischen Eigen¬ schaften haben können und oft noch weitere Lärmquellen enthalten. Es ist deshalb sinnvoll, als Messgrösse die mit dem Intensitätsverfahren ermittelte, A-bewertete Schalleistung zu wählen, da diese praktisch unabhängig von den räumlichen Gegebenheiten reproduzierbare Ergebnisse liefert. Die zahlreichen formalen Betrachtungen zwischen der magnetischen Druckverteilung und dem Vibrationsverhalten der Maschine bis hin zur spektralen Schalleistung zeigen, wie anhand von Linearitätsüberlegungen ein direkter Zusammenhang zwischen der magnetischen Druckverteilung und der spektralen Schalleistung hergeleitet werden kann. Diese direkte Beziehung wird durch zahlreiche Experimente verifiziert. Eine einfache Messmethode stellt die Bestimmung der Übertragungscharakteristik vor, -8welche sowohl die mechanischen als auch die akustischen Eigenschaften der Maschinenbaureihe berücksichtigt. Mit den erarbeiteten Kenntnissen wird es möglich, ausgehend von den WR-Ausgangsspannungen über die analytisch berechenbare magnetische Druck¬ verteilung mit Hilfe der einmalig messtechnisch bestimmten Übertragungs¬ charakteristik, die spektrale und totale Schalleistung für verschiedene Modulationsarten unabhängig vom Betriebszustand der Maschine auf dem Rechner zu bestimmen. Im zweiten Teil der Arbeit wird gezeigt, wie der magnetische Lärm durch die Modulationsart stark beeinftusst werden kann. So erzeugt das konventio¬ nelle Unterschwingungsverfahren mit konstanter Schaltfrequenz infolge der einzelnen, dominanten Schaltharmonischen unangenehme Pfeiftöne. Das Ziel der Taktfrequenzmodulation besteht in der gleichmässigen Verteilung der Lärmkomponenten über den Frequenzbereich, um ein dem Rauschen ähnliches und angenehmeres Geräusch zu erzeugen. Hierbei hat die sinus¬ förmige Variation der Schaltfrequenz den Vorteil, dass die Spektren der WR-Ausgangsspannungen und der magnetischen Druckverteilung analy¬ tisch berechenbar sind. Dazu wird eine Berechnungsmethode vorgestellt, die sich auch auf andere periodische Modulationsfunktionen (z.B. dreieck-, rechteck-, trapezförmige Variation der Taktfrequenz) erweitern lässt. Die erarbeiteten Resultate erlauben zusammen mit der einmalig bestimmten Übertragungscharakteristik die Berechnung der spektralen und totalen Schalleistung in Abhängigkeit der Modulationsparameter. Eingehend untersucht wird der Einfluss der Modulationsparameter auf die gewünschte Auffächerung des Lärmspektrums und die daraus resultierende spektrale und totale Schalleistung. Es werden mehrere Methoden zur Ein¬ stellung der Modulationsparameter vorgeschlagen, welche zum Ziel haben, die Lärmfrequenzen äquidistant zu verteilen, um ein dem Rauschen ähnli¬ ches Geräusch zu erzeugen. Zudem wird gezeigt, wie -unabhängig vom Betriebszustand der Maschinedie Anregung einer akustischen Resonanzstelle bei gleichzeitiger Erfüllung der äquidistanten Frequenzverteilung vermieden werden kann. Schliesslich wird auch der Einfluss der sinusförmigen Variation der Taktfre¬ quenz auf die Stromverzerrungen (Total Harmonie Distortion und peak to peak Wert) untersucht und mit dem Unterschwingungsverfahren mit kon¬ stanter Schaltfrequenz verglichen. Antriebssysteme werden praktisch ausschliesslich drehzahlgeregelt ausge¬ führt. Aus diesem Grund wird dem Zusammenspiel der lärmoptimierten Modulation mit der Regelung der Asynchronmaschine besondere Beach¬ tung geschenkt. -9-Summary The object of this thesis is an analysis of the noise generation in inverter fed