Anisotropie-basierte geberlose Regelung unter Überlast

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ralph Kennel
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 299463621

Durch das Vermeiden von Lagegebern in der elektrischen Antriebstechnik lassen sich u.a. Kosten und Bauraum sparen und eine verbesserte Ausfallsicherheit erzielen. Verfahren für geberlose Regelung im unteren Drehzahlbereich nutzen zur Lageschätzung die Anisotropie der Induktivität der Maschine, die aufgrund magnetischer Sättigung allgemein Strom-/Last-abhängig ist. Daraus resultiert eine Lastgrenze für geberlose Regelung bei kleinen Drehzahlen, oberhalb derer Anisotropie-basierte Verfahren im geschlossenen Regelkreis instabil werden. Der genaue Wert der Lastgrenze hängt hauptsächlich vom Maschinendesign ab und könnte damit im Designprozess gezielt beeinflusst oder optimiert werden. Dazu ist es aber essenziell, den Wert der Lastgrenze bereits im Designprozess korrekt berechnen zu können. Solche Ansätze wurden in der Literatur bereits vereinzelt vorgeschlagen. Sie verwenden jedoch das Anisotropie-Verhältnis und den Anisotropie-Winkel als Stabilitätsindikatoren, welche keinen direkten Zusammenhang mit der auftretenden Instabilität haben und folglich zu falschen Optimierungsergebnissen führen. Diesem Antrag liegt eine erstmalige theoretische Herleitung der Ursache des Stabilitätsproblems zugrunde, in der sich die Anisotropie-Verschiebungs-Rate als kritische Größe herausstellt. Die Theorie wurde in vereinfachter Form (2D) durch Simulationen untermauert und muss nun experimentell verifiziert werden. Eine Erweiterung der Theorie (3D) soll die Vorhersage der Lastgrenze weiter präzisieren und im Rahmen des Projekts ebenfalls experimentell verifiziert werden. Nach der Verifikation der 3D Berechnungsvorschrift wird diese in den Designprozess integriert, um hinsichtlich der Anisotropie-Lastgrenze optimierte Maschinen zu fertigen. Es wird sich hierbei schließlich herausstellen, wie weit sich die geberlose Überlastfähigkeit steigern lässt und ob dadurch sogar bislang ausgeschlossene Anwendungen, wie z.B. die Elektromobilität, auch ohne Geber realisierbar werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen