ISBN 9783843940115

978-3-8439-4011-5, Reihe Energietechnik

Hendrik Köpf
Schalten von Gleichströmen in automobilen HV-Bordnetzen bis 500 V, unter Berücksichtigung der Lichtbogenwanderung im Doppelkontaktsystem

261 Seiten, Dissertation Technische Universität Braunschweig (2018), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Der zunehmende Einsatz leistungselektronikbasierter Gleichspannungssysteme führt zu einem Bedarf an kompakten Schaltgeräten mit hoher Leistungsdichte. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem lichtbogenbehafteten mechanischen Schalten von Gleichströmen in Bordnetzen vollelektrifizierter Fahrzeuge bis 500 V. Untersuchungen in Simulation und Experiment erfolgen an einem Modellschaltgerät hinsichtlich Lichtbogenlöschung und -wanderung in einer Doppelkontaktanordnung.

Zu Beginn der Arbeit wird ein Überblick über die technischen Randbedingungen eines HV-Bordnetzes für eine Schalt- und Schutzeinrichtung gegeben, sowie das Schalten von Gleichströmen in Bezug auf vorhandene Literatur erläutert. Anschließend wird der Prozess der Lichtbogenwanderung und im Speziellen der Kommutierung des Stroms von der Kontaktbrücke auf die Laufschienen als Teil des Löschvorganges mit Blick auf die Arbeiten anderer Autoren diskutiert.

Basierend auf ermittelten Vorgaben wird ein anwendungsnahes, kompaktes Modellschaltgerät für Untersuchungen entworfen. Ein numerisches Berechnungsmodell für Magnetfeldberechnungen wird entwickelt, um die Experimente zu unterstützen. Abschließend werden die Funktion und Reproduzierbarkeit des Modellschalters in experimentellen Versuchen verifiziert. Experimente und deren Auswertung im Hochleistungs-Gleichstromprüffeld erfolgen unter der Zuhilfenahme von synchronisierten High-Speed-Aufnahmen.

Verschiedene konstruktive Maßnahmen werden daraufhin zur Optimierung der Ausnutzung des selbsterzeugten magnetischen Blasfeldes Bs in der Schaltkammer durch numerische Berechnungen miteinander verglichen. Basierend auf den Ergebnissen dieser Berechnungen wird die Optimierung der Schaltkammerausführungen in experimentellen Versuchen untersucht. Abschließend wird ein externes dauermagneterregtes Feld Bf am Schaltgerät appliziert. Numerische Berechnungen werden für konstruktive Modifikationen eingesetzt, deren Wirkung in experimentellen Untersuchungen analysiert wird.

Der Vorgang der Lichtbogenwanderung und ihre wichtigen Teilprozesse beeinflussen die Erosion der Schaltkammer und damit das Schaltvermögen sowie die Schaltspielzahlen des Gerätes. Aus diesem Grund wird der Prozess der Kommutierung des Stroms von der Kontaktbrücke auf ein Laufschienensystem in einer Doppelkontaktanordnung modelliert und experimentell analysiert.

Die Ergebnisse dieser Arbeit werden zusammengefasst, kritisch hinterfragt und bezüglich der Verwertung diskutiert.