Geberlose Regelung von permanentmagneterregten Synchronmaschinen mit FPGA basierter Stromerfassung - II

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Axel Mertens
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329209868

Im Vorgängerprojekt konnte eine geberlose, hochdynamische Lage- und Drehzahlschätzung für PMSM im unteren Drehzahlbereich incl. Stillstand gefunden und untersucht werden, die im geschlossenen Drehzahlregelkreis eine sehr gute Genauigkeit der Lageschätzung erlaubt und auch Lastmomentänderungen hochdynamisch ausregeln kann. Dazu muss nur die Induktivitätsmatrix der Maschine bekannt sein. Das Verfahren ist zudem, im Gegensatz zu den meisten existierenden Verfahren, analytisch parametrierbar und benötigt keinen großen Rechenzeitaufwand. Basis ist eine Überabtastung der gemessenen Ströme mit einer Rate von ca. 106/s, womit die Stromverläufe über die Dauer einer PWM-Periode genauer analysiert werden können. Daraus lassen sich die Steigungen der Ströme, und damit die Flussänderungsrate, ermitteln und mit Erwartungswerten aufgrund der angelegten Spannungen vergleichen. Aus der analytisch vorliegenden Fehlerfunktion lässt sich ein Gradient nach der gesuchten Größe ermitteln und aufwandsarm online berechnen. Eine Online-Optimierung der Fehlerfunktion nach Art eines Gradientenabstiegs führt innerhalb einer Abtastzeit auf die gesuchte Rotorlage und die Drehzahl. Das Verfahren konnte jedoch bisher nur mit einer Kleinmaschine mit Oberflächen-Magneten und nahezu linearem Verhalten untersucht werden. Es fehlt noch die Erweiterung auf stark sättigende Maschinen, wie sie typischerweise bei höheren Leistungen z.B. im Traktionsbereich eingesetzt werden. Sättigungseffekte führen in solchen Maschinen zu Betriebsbereichen mit verschwindenden bzw. sich umkehrenden Anisotropien. In eigenen Vorarbeiten zeigt das erarbeitete Verfahren das Potential, diese Bereiche durch Einbeziehung der Gegeninduktivitäten durchfahren zu können. Daher soll das Verfahren im hier beantragten Nachfolgeprojekt zusammen mit einer Maschine höherer Leistung mit vergrabenen Magneten erforscht werden. Dabei sind auch Nebeneffekte, wie durch Wirbelströme oder lange Motorzuleitungen verzerrte Stromantworten, zu adressieren. Für eine Anwendung bei Industrieantrieben sollte die stromabhängige Induktivitätsmatrix zudem vollautomatisch und ohne Lagegeber ermittelt werden können. Schließlich soll das entstehende Verfahren systematisch mit anderen Verfahren nach dem Stand der Forschung verglichen werden, um es in das bestehende Wissensgebäude einzuordnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen