Geberlose Regelung von permanenterregten Synchronmaschinen mit mehrfachen Anisotropien

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ralph Kennel
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247808669

Das Interesse an oberflächenmontierten Permanentmagnet-Synchronmaschinen mit konzentrierten Wicklungen (cwSPMSM) wächst rasch aufgrund ihrer niedrigen Wicklungskosten und der Möglichkeit für kompakte Designs im Vergleich zu traditionellen Maschinen mit verteilten Wicklungen. Das Weglassen von mechanischen Gebern für die Messung der Rotorposition macht solche Antriebsysteme noch kompetitiver. Geberlose Regelung für diesen Maschinentyp hat infolge seiner aussichtsreichen Eigenschaften erhebliche Aufmerksamkeit erlangt.Für die in Serien produzierten cwSPMSM wird das Verfahren der geberlosen Regelung bisher noch nicht untersucht. Das liegt in erster Linie daran, dass diese Maschinen keine ausgeprägte magnetische Anisotropie besitzen, worauf die traditionellen geberlosen Techniken mit der Injektion hochfrequenter Signale basieren. Zudem weisen solche Maschinen starke mehrfache Anisotropien auf, welche zu erheblichen Drehmomentwelligkeiten mit dem herkömmlichen geberlosen Verfahren führen. Eine weitere Problematik besteht darin, dass die Anisotropien unter unterschiedlichen Erregungsfrequenzen nicht immer konstant Eigenschaften aufweisen, was bislang ebenfalls noch nicht näher untersucht wurde. Die in diesem Vorhaben vorgeschlagenen Methoden sollen eine Lösung zu diesem Problem anbieten. Die Methoden basieren auf der Injektion rotierender hochfrequenter Signale. Als der Ansatzpunkt wird der Einfluss der Anisotropien höherer Ordnungen mittels eines Kompensationskonzepts eliminiert. Auf dieser Basis wird ein Kombinationsverfahren bearbeitet, die als der Schwerpunkt dieses Forschungsvorhabens betrachtet wird. Hierbei wird versucht, auch die Information, die in den Anisotropien höherer Ordnungen enthalten ist, für die geberlose Regelung zu nutzen. Dadurch soll eine verbesserte Präzision in der Positionsschätzung erzielt werden. In einem weiteren Schritt, um noch mehr Information über die Rotorposition zu gewinnen, wird aufgrund der Abhängigkeit der Eigenschaften der Anisotropien auf Frequenzen ein Multifrequenzverfahren untersucht. Darüber hinaus gehört die Detektion der Anfangsflussposition im Stillstand für Motorstart ebenfalls zu den Problemen, die in diesem Projekt gelöst werden müssen. Basiert auf der erfolgreichen Realisierung der geberlosen Verfahren werden die cwSPMSM vom Stillstand bis zur Bemessungsdrehzahl in Betrieb genommen. Dabei wird die traditionelle Methode mittels gegenelektromotorischer Kraft für die höhere Drehzahl eingesetzt.Die Ergebnisse des Projekts können nicht nur direkt in den erforschten Maschinentyp eingesetzt werden, sondern auch neue Ideen und Möglichkeiten für geberlose Regelung aller Maschinen mit mehrfachen Anisotropien anbieten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen