Modellbildung, Parameteridentifikation und Regelung fehlertoleranter Antriebe mit multi-3-phasigen Permanenterregten Synchronmaschinen
von Oliver DieterleElektrische Antriebe gewinnen in der modernen Welt zunehmend an Relevanz. Immer mehr Aufgaben, welche früher von Menschen ausgeführt wurden, werden nun automatisiert. Dabei wird zunehmend nach Antriebslösungen mit höchster Ausfallsicherheit verlangt. Diese lässt sich durch Einsatz multi-3-phasiger elektrischer Maschinen, welche mehrere 3-phasige Statorwicklungen aufweisen, besonders kosteneffizient erhöhen.
In gewöhnlichen elektrischen Antrieben wird eine 3-phasige elektrische Maschine über einen Wechselrichter gespeist, mittels einer Steuerelektronik geregelt und aus einer Batterie versorgt. Durch diesen einkanaligen Aufbau kann bereits ein einzelner Fehler zu einem vollständigen Funktionsausfall führen. Durch Nutzung einer multi-3-phasigen Maschine sowie zusätzlichen redundanten Komponenten kann eine Zwei- bzw. Mehrkanaligkeit geschaffen werden. Jedes 3-phasige Teilsystem kann dabei in der Maschine ein Drehfeld hervorrufen und so ein konstantes Drehmoment erzeugen.
An dieser Stelle setzt die vorliegende Arbeit an: Unter Berücksichtigung magnetischer Sättigung sowie magnetischer Anisotropie wird ein Ansatz zur Modellierung multi-3-phasiger Permanenterregter Synchronmaschinen (PSM) entwickelt, welcher das lastabhängige Grund- und Oberwellenverhalten in allen Betriebspunkten abbilden kann. Die Modellierung bildet die Basis für die Entwicklung neuartiger Regelkonzepte. Dabei wird, neben dem Normalbetrieb, auch der Betrieb nach Eintritt eines Fehlers im System betrachtet. Im fehlerfreien Fall steht dabei die Kompensation parasitärer Oberwellen im Zentrum. Im Fehlerfall liegt der Fokus auf einer verbesserten Nutzung der Freiheitsgrade der multi-3-phasigen PSM. Die Modellierungsgenauigkeit wie auch alle Regelkonzepte werden mittels experimenteller Untersuchungen validiert.
In gewöhnlichen elektrischen Antrieben wird eine 3-phasige elektrische Maschine über einen Wechselrichter gespeist, mittels einer Steuerelektronik geregelt und aus einer Batterie versorgt. Durch diesen einkanaligen Aufbau kann bereits ein einzelner Fehler zu einem vollständigen Funktionsausfall führen. Durch Nutzung einer multi-3-phasigen Maschine sowie zusätzlichen redundanten Komponenten kann eine Zwei- bzw. Mehrkanaligkeit geschaffen werden. Jedes 3-phasige Teilsystem kann dabei in der Maschine ein Drehfeld hervorrufen und so ein konstantes Drehmoment erzeugen.
An dieser Stelle setzt die vorliegende Arbeit an: Unter Berücksichtigung magnetischer Sättigung sowie magnetischer Anisotropie wird ein Ansatz zur Modellierung multi-3-phasiger Permanenterregter Synchronmaschinen (PSM) entwickelt, welcher das lastabhängige Grund- und Oberwellenverhalten in allen Betriebspunkten abbilden kann. Die Modellierung bildet die Basis für die Entwicklung neuartiger Regelkonzepte. Dabei wird, neben dem Normalbetrieb, auch der Betrieb nach Eintritt eines Fehlers im System betrachtet. Im fehlerfreien Fall steht dabei die Kompensation parasitärer Oberwellen im Zentrum. Im Fehlerfall liegt der Fokus auf einer verbesserten Nutzung der Freiheitsgrade der multi-3-phasigen PSM. Die Modellierungsgenauigkeit wie auch alle Regelkonzepte werden mittels experimenteller Untersuchungen validiert.