Auszug | eb - Elektrische Bahnen 1 | 2023

30 Wissenschaft Fahrzeugtechnik 121 (2023) Heft 1 Messtechnische Validierung eines Hochdrehzahl-Antriebssystems für Straßenbahnen Leonie Heckele, Markus Tesar, Peter Gratzfeld, Karlsruhe Der Einsatz einer hochdrehenden Antriebsmaschine und eines Stromrichters mit Siliciumcarbid-Halbleitern in einem Straßenbahnfahrzeug ermöglicht die Steigerung des Wirkungsgrades und die Senkung der Antriebsstrangmasse. Messungen ermöglichen eine Validierung der Verlustmodelle von Maschine und Stromrichter sowie die Analyse der Getriebeverluste. Measurement validation of a high-speed power train for tramways The use of a high-speed machine and Silicon Carbide semiconductors in converters increase the efficiency of tramway vehicles and reduce the mass of their power trains. Measurements allow validation of the loss models of the machine and converter, as well as analysis of the gearbox losses. Validation métrologique d’un groupe motopropulseur à haute vitesse pour tramway L’utilisation d’une machine électrique à haute vitesse et d’un convertisseur de puissance avec des semi-conducteurs en carbure de silicium dans un véhicule de tramway permet d’augmenter le rendement et de réduire la masse du groupe motopropulseur. Les mesures permettent de valider les modèles de perte de la machine et du convertisseur, ainsi que d’analyser les pertes de l’engrenage. 1 Einführung Schienenfahrzeugbetreiber sind an Fahrzeugen mit niedrigen Lebenszykluskosten interessiert. Diese werden unter anderem durch den Energiebedarf bestimmt. Eine Veränderung des Antriebsstrangs erlaubt den Energiebedarf zu senken. Eine Möglichkeit dazu ist der Einsatz weiterentwickelter Komponenten, welche den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs erhöhen und dessen Masse reduzieren. Durch die Anwendung neuartiger energieeffizienter Technologien kann der Energiebedarf gesenkt werden. Zusätzlich wird mit dem Einsatz leichterer Komponenten die Masse des Fahrzeuges verringert, was einen geringeren Energiebedarf erwarten lässt. Der Lösungsansatz zur Massenreduktion im vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekt MTAB (Modellierung und Test neuartiger, hocheffizienter und hochintegrierter Antriebssysteme für Bahnanwendungen) ist eine Erhöhung der Nenndrehzahl der Antriebsmaschine [1]. Als neue Technologien werden für den Antrieb eine speziell für den Bahnbereich ausgelegte hochdrehende Asynchronmaschine (ASM) sowie Siliciumcarbid (SiC)-Halbleiter für den Stromrichter betrachtet. Die Auswahl und die Simulation dieser Komponenten werden in [2; 3] beschrieben. Die Simulationen stellen eine deutliche Wirkungsgradverbesserung des Antriebsstrangs, insbesondere der Antriebsmaschine, aber auch des Stromrichters in Aussicht [3]. Um die Simulationsmodelle zu validieren und das Konzept Hochdrehzahlantriebsstrang zu bewerten, wird ein Prüfstand mit einer hochdrehenden elektrischen Maschine, einem Siliciumcarbid-Stromrichter sowie einem Prüfstandsgetriebe aufgebaut. 2 Grundlagen 2.1 Vorgehensweise nach VDI 2206 Die VDI 2206 stellt eine systematische und methodengestützte Vorgehensweise für die Entwicklung von mechatronischen Systemen vor. Dabei verbindet sie die drei Domänen der Mechatronik: Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik. Sie bietet einen anerkannten Leitfaden zur Entwicklung mechatronischer Produkte und hebt die Relevanz der systematischen Vorgehensweise in allen Entwicklungsschritten hervor. Der generische Ablauf zur Problemlösung ist in Bild 1 dargestellt. [4] Basierend auf der VDI 2206 wird der hochdrehende Antriebsstrang für eine Straßenbahn entwickelt. Die Anforderungen leiten sich aus dem Referenzfahrzeug ab, das im Abschnitt 2.3 vorgestellt wird. Nach VDI 2206 kann der Systementwurf durch das Betrachten von Teilsystemen vereinfacht werden. Es muss jedoch immer die Funktionserfüllung des Gesamtsystems garantiert werden. eb 1 2023 ePaper Abonnement 2023 ã Georg Siemens Verlag GmbH & Co. KG Vervielfältigung und Verbreitung unzulässig und strafbar!

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