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D. Perchtold:
"Characterization of Permanent Magnets Used in Biased Chokes";
Betreuer/in(nen), Begutachter/in(nen): M. Kaltenbacher, D. Süss; Mechanik und Mechatronik, 2016.

In dieser Arbeit wird das magnetische Verhalten von vorgespannten Drosseln analysiert. Dabei handelt es sich um Spulen, die zur Kompensation des Gleichanteils des magnetischen Flusses mit Permanentmagneten (PM) vorgespannt werden. Ein magnetischer Fluss mit einem hohen Gleichanteil tritt z.B. in Umrichtern auf, in denen der elektrische Strom einen hohen Gleichanteil zusätzlich zum Wechselanteil aufweist. Diese Vorspannung kann dazu verwendet werden, die Baugröße der Drossel potenziell zu halbieren. Das Hauptaugenmerk liegt auf dem PM, da er für die Funktionalität die wichtigste Komponente darstellt, auf der anderen Seite jedoch die fehleranfälligste. Daher wird der Arbeitsbereich der Drossel gemeinsam mit dem des PM behandelt. Hinsichtlich der Simulation von Drosseln wird auf die wichtigsten Faktoren eingegangen, da es eine Reihe von Parametern gibt, die sich auf die magnetischen und elektrischen Eigenschaften der Drossel auswirken, wobei einige voneinander abhängen. Den zweiten großen Teil der Arbeit stellt die Entwicklung einer Methode zur Charakterisierung der PM dar. Da der Einfluss von verschiedenen Belastungen auf den PM untersucht wird, wird eine schnelle und kostengünstige Methode zur Identifizierung der Haupteigenschaften des PM benötigt, nämlich der Remanenz und der Permeabilität. Diese Parameter werden mit Hilfe eines magnetischen Ersatzschaltbilds sowie 3D Finite- Elemente-Simulationen identifiziert ohne die gesamte Hysteresekurve messen zu müssen. Die Anwendbarkeit wird mit einem Messaufbau gezeigt, der für Temperaturen bis zur maximalen Arbeitstemperatur des PM und höher ausgelegt ist. Der Messaufbau ist auch für höhere Frequenzen ausgelegt, da ein Ferrit als Kernmaterial eingesetzt wird. Der Nachteil dieses Materials ist, dass es eine niedrigere Sättigung aufweist als die Remanenz des PM. Die entwickelte Methode ermöglicht dennnoch die Identifizierung des PM und die Untersuchung dynamischer Einflüsse. Des weiteren wird die Auslegung des Messaufbaus beschrieben, wobei ein besonderes Augenmerk auf der niedrigen Sättigung des Kerns und der Messung der magnetischen Feldstärke liegt. Schließlich werden die vorgestellten Methoden und das Wissen aus den Simulationen auf eine E-Kern Drossel und ihre PM angewandt. Die PM werden einerseits magnetisch belastet und andererseits thermisch. Die Ergebnisse werden hinsichtlich reversibler und irreversibler Verluste und der beiden Belastungsarten behandelt. Eine weitere wichtige Eigenschaft der PM ist die elektrische Leitfähigkeit, die für die Bildung von Wirbelströmen verantwortlich ist und daher für eine Erwärmung der PM in der Anwendung. Die Messung der elektrischen Leitfähigkeit und ihre Auswirkungen werden in dieser Arbeit ebenfalls behandelt. Schließlich wird auf die Verringerung der Wirbelströme eingegangen basierend auf demselben Prinzip wie die Schichtung von magnetischen Kernen. Die Unterteilung der PM in kleinere Teile führt zu einer erheblichen Verringerung der elektrischen Leistung der Wirbelströme.

Permanentmagnet / Remanenz / Permeabilität / numerische Simulation / Elektromagnetismus