Optimale Anregungssignale für die geberlose Lage- und Drehzahlidentifikation von permanentmagneterregten Synchronmaschinen bei kleinen Drehzahlen und im Stillstand

  • Motivation

    Für die Regelung einer PSM muss stets die Richtung des Permanentmagnetflusses bekannt sein. Üblicherweise werden zur Messung der Rotorlage Drehgeber eingesetzt. Die Nachteile sind höhere Kosten, zusätzlich benötigter Bauraum sowie eine geringere Zuverlässigkeit.

    Deshalb sind geberlose Regelverfahren Gegenstand aktueller Forschung. Bei diesen Verfahren wird die aktuelle Drehzahl sowie der Rotorlagewinkel aus den gemessenen Maschinenströmen und -Spannungen ermittelt. Insbesondere bei geringen Drehzahlen und im Stillstand der Maschine ist keine induzierte Spannung messbar. Die Lageinformation kann nur noch durch eine gezielte Anregung des elektro-magnetischen Systems und eine Messung und Auswertung der Systemantwort erfolgen.

    Die hierfür benötigten Anregungssignale beeinflussen die Maschinenströme, wodurch diese von den Sollwerten abweichen. Hochfrequente, überlagerte Drehmomente, daraus resultierende Geräusche sowie erhöhte Verluste treten auf. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung von Verfahren zur optimalen Anregung einer PSM sowie die Betrachtung und Reduzierung der genannten Nachteile.

     

    Aufgabenstellung

    Die am ETI verfügbare Hard- und Softwareinfrastruktur bietet alle Möglichkeiten, um Lösungsansätze an einem realen Prüfstand zu validieren. Deshalb ist eine Einarbeitungsphase zu Beginn der Arbeit vorgesehen, um das bestehende Simulationsmodell, den Prüfstand „cLab Drive 2“ sowie das ETI-DSP-System kennenzulernen.

    Die momentan eingesetzte geberlose Lage- und Drehzahlidentifikation nutzt bereits das Verfahren der Testsignaleinprägung im Bereich geringer Drehzahlen und im Stillstand. Die betriebspunktabhängige Form der eingeprägten Testsignale (Frequenz, Phasenlage, Amplitude, etc.) soll optimiert werden.

    Als Optimierungskriterium gilt hierbei einerseits der Informationsgehalt der jeweiligen Systemantworten sowie die überlagerten Drehmomentabweichungen, welche möglichst gering sein sollen.

    Die Untersuchung der Testsignale soll sowohl simulativ, als auch am Prüfstand erfolgen. Eine abschließende Bewertung soll zukünftig die Wahl anforderungs- und anwendungsgerechter Anregungssignale erlauben.