Jan Richter

KIT Scientific Publishing

Der steigende Bedarf an kleinen, leichten und kostengünstigen Niederspannungs-Elektromotoren im Leistungsbereich von 1 kW bis 250 kW führte in den letzten 15 Jahren zu einer stetigen Reduktion des Leistungsgewichts. Bei permanentmagneterregten Synchronmotoren wird als Folge das elektromagnetische Verhalten durch Eisensättigung, Kreuzverkopplung und Oberwellen stark nichtlinear, was die zur Erfüllung der Antriebsaufgabe benötigte Regelung des Motors zu einer komplexen Aufgabe macht. Aus diesem Grund sind konventionelle Regelverfahren nicht im gesamten Betriebsbereich des Motors stabil und optimal. Hier setzt die vorliegende Arbeit an und behandelt die Modellbildung, Parameteridentifikation und Regelung wechselrichtergespeister, magnetisch anisotroper, hoch ausgenutzter, permanentmagneterregter Synchronmotoren. Dazu wird ausgehend von physikalischen Grundgesetzen ein Modell des Elektromotors und des Wechselrichters entwickelt, das in Kombination mit einem Online-Parameteridentifikationsverfahren die Berücksichtigung aller erwähnten Effekte erlaubt und in der Praxis einfach und effizient einsetzbar ist. Die vorgeschlagene, universelle und anschauliche Beschreibung des Modells in drei Betriebsebenen führt zum Entwurf eines neuen, modellbasierten, prädiktiven Regelverfahrens mit dem optimale Übergangstrajektorien beliebiger Sollwertänderungen präzise eingestellt und Oberschwingungen phasen- und amplitudenrichtig kontrolliert werden können. Dies ermöglicht Drehmomentänderungen bei maximaler Ausnutzung des Elektromotors und des Wechselrichters und die gezielte Beeinflussung der Motorgeräusche. Die Arbeit leistet damit einen Beitrag zur vollständigen, stationären und dynamischen Beherrschung des Betriebsverhaltens permanentmagneterregter Synchronmotoren.