Oerder, Alexander

Maximilian Klug

Motivation

Beim Betrieb von Drehfeldmaschinen als Traktionssystem im Motorsport kommt den Betriebspunkten entlang der Spannungsgrenzkennlinie eine besondere Bedeutung zu. Die maximale Ausgangsspannung und damit auch unmittelbar die Ausgangsleistung eines Traktionsumrichtersystems ist durch die anliegende DC Spannung, die Halbleitercharakteristik sowie die Wahl des Modulationsverfahrens begrenzt. Während die DC Spannung und die Halbleitergrenzen durch das Hardwaredesign fest vorgegeben sind, kann das Modulationsverfahren frei gewählt und ggf. auch während des Betriebs je nach Betriebspunkt angepasst werden. Neben der zur Verfügung stehenden Ausgangsspannung hat das Modulationsverfahren allerdings ebenfalls Einfluss auf die Stromregeldynamik und damit auch auf die Robustheit des Systems gegenüber Modellabweichungen und Störgrößen des Systems. In dieser Arbeit soll durch eine neue Art der Umrichterbetriebsführung, die u.A. eine geschickte Wahl des Modulationsverfahren beinhaltet, ein leistungsfähiger und robuster Betrieb eines Traktionsmotors in einem größtmöglichen Betriebsbereich erarbeitet werden.

Aufgabenstellung

Zunächst sollen die zur Verfügung stehenden Modulationsarten gegenübergestellt und ihre Vor- sowie Nachteile hinsichtlich folgender Parameter simulativ und ggf. im Versuch ausgearbeitet und bewertet werden:
- Ausgangsleistung
- Regelgüte
- Robustheit
- Oberwellenverhalten NVH
- Systemverluste/effizienz

Folgende Pulsmuster bzw. Methoden sollen dabei in Betracht bezogen werden:
- Asynchrone Pulsmuster (feste Taktrate)
- Synchrone Pulsmuster (synchron auf elektr. Grundwelle, bis hin zur Blocktaktung), optimierte Pulsmuster
- Nullkomponenten („Supersinus“, FlatTop…)

Die Begrenzung der Stellgröße führt darüber hinaus zu einer nichtlinearen Änderung des Regelsystems und erfordert neuartige Ansätze in der Reglerimplementierung und Trajektorienplanung der Strom-Sollgrößen, um zu jederzeit das System stabil zu halten. Insbesondere bei dynamischer Änderung der Modulationsart müssen gewissen Betriebsgrenzen eingehalten, sowie ungewünschte Momentendynamiken an der Welle vermieden werden.