Kompensation von sättigungsbedingten Harmonischen in der Strömen feldorientiert geregelter Synchronmotoren (eBook)

Dr. Robert Michel promovierte bei Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Büchner am Elektrotechnischen Institut der Technischen Universität Dresden in Kooperation mit Bosch Rexroth. Er ist heute als Branchenmanager bei Breuell & Hilgenfeldt tätig.

Danksagung 6
Inhaltsverzeichnis 7
Abbildungsverzeichnis 8
Tabellenverzeichnis 11
1. Einleitung 12
1.1. Motivation und Zielsetzung 14
1.2. Aufbau der Arbeit 14
1.3. Stand der Technik 15
1.3.1. Modelle zur Simulation elektrischer Maschinen 15
1.3.2. Modelle elektrischer Maschinen fur¨ den Entwurf von Regelungen 16
1.3.3. Regelung der Strome¨ elektrischer Maschinen und Stor¨ großenk¨ ompensation 17
2. Maschinenmodell auf Basis eines magnetischen Widerstandsnetzwerkes 19
2.1. Einleitung 19
2.2. Ziel der Modellierung 22
2.3. Annahmen 22
2.4. Modellstruktur 23
2.4.1. Dynamisches Teilmodell 25
2.4.2. Statisches Teilmodell 27
2.4.2.1. Das magnetische Widerstandsnetzwerk 28
2.4.2.2. Berechnung der Rotordurchflutung (Block 1a und 1b) 32
2.4.2.3. Bestimmung der Widerstandswerte 34
2.4.2.4. Aufstellen des Gleichungssystems aus dem magnetischen Widerstandsnetzwerk 38
2.4.2.5. L¨osen des Gleichungssystems (Block 2) 40
2.4.2.6. L¨osen des Gleichungssystems (Block 3) 43
2.4.2.7. Berechnung der magnetischen Co-Energie (Block 2, 3) 45
2.4.2.8. Berechnung des Drehmoments ¨ uber die magnetische Co-Energie 49
2.5. Simulationsergebnisse und Veri.kation des Maschinenmodells 52
2.5.1. Nominalparameter des Maschinenmodells 60
3. Erweiterung des Grundwellenmodells um einen Oberwellenansatz 61
3.1. Die permanentmagneterregte Synchronmaschine als allgemeiner ohmscher-induktiver Verbraucher in feldorientierten Koordinaten 62
3.2. Erweiterung des allgemeinen Ansatzes 65
3.3. Maschinenmodell fur¨ den Reglerentwurf 67
4. Regelung 71
4.1. Stand der aktuellen Regelung 72
4.1.1. Struktur der heutigen Regelung 72
4.1.2. Die Stromregelung in feldorientierten Koordinaten 74
4.1.3. Parametrierung der Stromregler 75
4.1.4. Der Drehzahlregler und seine Parametrierung 77
4.1.5. Sollstrombegrenzung 78
4.1.6. Probleme der heutigen Regelung 79
4.1.6.1. Reversieren ohne Zusatztr¨agheit (Messung) 80
4.1.6.2. Fahrten bei konstanter Drehzahl mit hohem Drehmoment (Messung) 81
4.2. Neue Stromregelung 83
4.2.1. Ziele und Randbedingungen der neuen Stromregelung 83
4.2.2. Ansatz fur¨ eine Erweiterung der heutigen Stromregelung durch Filter 84
4.2.2.1. Robustheit der filterbasierten Kompensation 87
4.2.2.2. Simulationsergebnisse zur Regelung mit St ¨ orgr ¨oßenkompensationsfiltern 88
4.2.2.3. Messergebnisse zur Regelung mit St ¨ orgr ¨oßenkompensationsfiltern 91
4.2.2.4. Nachteile des Filters 93
4.2.3. Ansatz fur¨ eine Erweiterung der heutigen Stromregelung durch Vorsteuerung 95
4.2.3.1. Stabilit ¨at und Robustheit der Vorsteuerung 97
4.2.3.2. Ermittlung der Kennfelder 98
4.2.3.3. Simulationsergebnisse zur Kennliniengenerierung 105
4.2.3.4. Messergebnisse zur Kennliniengenerierung 112
4.2.3.5. Datenreduktion durch Ausgleichsfunktionen 114
4.2.3.6. Beispiele zu Ausgleichsfunktionen 115
4.2.3.7. Simulationsergebnisse zur Regelung mit vorsteuernder Kompensation der St ¨ orspannungen 119
4.2.3.8. Messergebnisse zur Regelung mit vorsteuernder Kompensation der St ¨ orspannungen 122
4.3. Auswirkungen der neuen Stromregelung auf den Wirkungsgrad der Maschine 125
5. Zusammenfassung 129
6. Ausblick 131
A. Regulariä der Jakobimatrizen 132
A.1. Invertierbarkeit von F_ . 132
A.2. Invertierbarkeit von F_. 134
Literaturverzeichnis 136