Prüfstand für elektrische Maschinen und Antriebe mit den Schwerpunkten Energieeffizienz und Elektromobilität

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 234904145

• Erstellungsjahr: 2019

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Berichtszeitraum beschäftigten sich mehrere Promotionsarbeiten mit Motoren und Antriebstechnik, die in der Elektrotraktion eingesetzt werden können. Die theoretischen Berechnungen und Vorhersagen wurden am geförderten Versuchsstand jeweils durch umfangreiche praktische Messungen in ihren Aussagen bestätigt. Voraussetzung dafür war die technische Ausstattung des Prüfstandes, der Untersuchungen unter realitätsnahen Bedingungen im Leistungsbereich bis 200 kW und präziser Messtechnik erlaubt. Das wurde mit folgender Konzeption erreicht: Die Prüfanlage ist mit rückspeisefähigen Netzstromrichtern auf der Belastungs- und Prüflingsseite ausgerüstet, so dass ein drehzahl- oder drehmomentgeregelter Betrieb des Maschinensatzes in allen vier Quadranten möglich ist. Gegenwärtig sind eine hochtourige Belastungseinheit (106 Nm, 13.500 min ) und -1 eine niedertourige Belastungseinheit (1010 Nm, 1.750 min-1) zur Aufnahme der mechanischen Leistungen der Prüflingsmotoren verfügbar. Eine Besonderheit ist die Bereitstellung einer variablen Zwischenkreisspannung für die Maschinenstromrichter auf der Prüflingsseite (10…800 VDC, ± 600 ADC). Damit ist die Anpassung an verschiedene Gleichspannungsebenen für EV/HEV-Antriebe und stationäre Industrieantriebe ausführbar. Zur Untersuchung neuer stromrichternaher Steuer- und Regelalgorithmen ist zusätzlich ein Experimentierstromrichter in Kombination mit einem universellen Mikrorechnersystem als Rapid Control Prototyping System installiert. Die Mess- und Automatisierungstechnik der Prüfanlage ist vor allem auf die lückenlose Erfassung von Leistungen, Effizienz- und Wirkungsgrade von der elektrischen Einspeisung bis zur Motorwelle im stationären bzw. dynamischen Betrieb des Antriebsstrangs ausgerichtet. Wesentliche Elemente der Messtechnik sind Leistungsmessgeräte zur Messung von gepulsten Spannungen und oberschwingungsbehafteten Strömen sowie Messflansche zur Drehzahl- und Drehmomentmessung. Die Messmittel besitzen die notwendige Messgenauigkeit, um auch im Teillastbereich auf der Grundlage von Differenzmessungen Aussagen zur Effizienz einer untersuchten Komponente zu treffen. Alle Vorgaben zur Messgenauigkeit bei der Bestimmung von Verlusten und Wirkungsgraden elektrischer Maschinen nach der Norm DIN EN 60034-2 werden eingehalten.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• A comparison of a signal-injection method and a discrete-search algorithm for MTPA tracking control of an IPM machine. 2015 17th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'15 ECCE-Europe), 1-10. IEEE.
  Windisch, Thomas & Hofmann, Wilfried
  
• Loss minimizing and saturation dependent control of induction machines in vehicle applications. IECON 2015 - 41st Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 001530-001535. IEEE.
  Windisch, Thomas & Hofmann, Wilfried
  
• Multi-objective tradeoffs in the design optimization of synchronous reluctance machines for electric vehicle application. 2015 IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC), 1715-1721. IEEE.
  Guenther, S. & Hofmann, W.
  
• Fundamental Research on the Operating Strategy for a Hybrid Energy Storage System in the Electric Powertrain of Autonomous Vehicles 30th International Electric Vehicle Symposium & Exhibition, EVS30 Stuttgart, Germany, 12 Seiten
  A. Brix & W. Hofmann
  
• Prädiktive Sollwertvorgabe für den elektrischen Fahrantrieb in autonomen Elektrofahrzeugen 10. Haus der Technik Tagung Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge, Würzburg, Deutschland, 10 Seiten
  A. Brix, G. Steinborn, V. Müller & W. Hofmann
  
• Prädiktive Sollwertvorgabe für den elektrischen Fahrantrieb in autonomen Elektrofahrzeugen, Haus der Technik Tagung Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge, Würzburg, Deutschland, 10 Seiten
  A. Brix, G. Steinborn, V. Müller & W. Hofmann
  
• A Novel Approach to MTPA Tracking Control of AC Drives in Vehicle Propulsion Systems. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 67(10), 9294-9302.
  Windisch, Thomas & Hofmann, Wilfried
  
• Determination of Transient Eddy Current Losses in Induction Motors with High Torque Dynamics. IECON 2018 - 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 477-482. IEEE.
  Zhang, Yuanpeng & Hofmann, Wilfried
  
• Energieeffiziente Antriebsregelung für hochausgenutzte Drehstrommotoren in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen
  Windisch, Thomas
  
• Energieoptimale Regelung von permanenterregten Synchronmaschinen mit Z-Source Inverter in elektrischen Fahrantrieben
  Tenner, Stephan
  
• Energy Optimal Motion and Rotor Flux Trajectories for an Induction Motor Drive PCIM 2018, Nürnberg, S. 1221 - 1227
  G. Steinborn & W. Hofmann
  
• Hochausgenutzte synchrone Reluktanzmaschinen für den Einsatz als elektrische Fahrmotoren
  Günther, Stephan
  
• Load Cycle-Based Design Optimization of Induction Motor Drives for Highly Dynamic Applications. 2019 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT), 286-291. IEEE.
  Zhang, Yuanpeng; Peng, Hujun & Hofmann, Wilfried