Wirkungsgradoptimale Regelung von permanenterregten Synchronmotoren in automobilen Traktionsanwendungen unter Berücksichtigung der magnetischen Sättigung

Permanenterregte Synchronmotoren mit eingebetteten Magneten, die für den Einsatz in automobilen Traktionsantrieben entwickelt wurden, weisen meist ausgeprägte magnetische Sättigung, hohe elektrische Frequenzen der Grundschwingung im Verhältnis zur Schaltfrequenz des speisenden Umrichters, einen weiten Konstantleistungsbereich und ein nichtlineares Reluktanzdrehmoment auf. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Realisierung einer Antriebsregelung unter Berücksichtigung dieser spezifischen Eigenschaften.
Zunächst wird ein zeitdiskretes Modell des Motors vorgestellt, das den Einfluss von Sättigungs- und Kreuzsättigungseffekten sowie einer geringen Anzahl an Abtastungen pro elektrischer Periode berücksichtigt. Das Modell beschreibt zudem die Wechselwirkung, die sich aus der zeitdiskreten Arbeitsweise der Regelung und der nichtlinearen Magnetisierungscharakteristik des Motors ergibt. Ausgehend von diesem Modell wird eine feldorientierte Stromregelung realisiert.
Ein wirkungsgradoptimaler Betrieb wird durch eine Arbeitspunktsteuerung sichergestellt, die der Stromregelung vorgelagert ist. Es wird untersucht, inwieweit der Wirkungsgrad des Motors durch Einsatz der ME-Betriebsstrategie (Maximum Efficiency) anstelle der MTPC-Betriebsstrategie (Maximum Torque per Current) in der Arbeitspunktsteuerung erhöht werden kann. Die Wechselwirkungen zwischen der Verlustcharakteristik eines gegebenen Motors, der arbeitspunktabhängigen Einschränkungen durch die Strom- und Spannungsgrenze sowie der Relevanz einzelner Arbeitspunkte für den Fahrbetrieb werden dabei analysiert und dargestellt.