Lagegeberlose Regelung einer permanentmagnetisch erregten Maschine mit konzentrierter Wicklung und kurzgeschlossener Rotorwicklung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen der Forschungstätigkeit der vergangenen 18 Monate konnten alle Arbeitspakete detailliert bearbeitet werden. Die Forschung um das Themengebiet „kurzgeschlossene Rotorwicklungen zur Verbesserung der Eigenschaften elektrischer Maschinen für die lagegeberlose Regelung“ wurde vorangetrieben. Zunächst wurde ein lagegeberloser Regelalgorithmus auf Basis der Zwei-Freiheitsgrade-Struktur mit unabhängiger Einstellbarkeit von Führungs- und Störverhalten implementiert. In dieser Regelstruktur wurde sowohl ein Verfahren auf Basis der EMK (hohe Drehzahlen) als auch auf Basis der elektromagnetischen Anisotropie unter Einprägen eines Testsignals (niedrige Drehzahl) implementiert. Anschließend wurden zwei Bewertungsgrößen für die lagegeberlose Regelung im Testsignal miteinander verglichen. Es resultierte, dass das Verfahren auf Basis der differentiellen Widerstände eine erheblich geringere Leistungsfähigkeit aufweist. Der Grund hierfür liegt in der geringen Signalstärke. Nachfolgend wurden die Zusatzverluste und die Einflussnahme auf Wirkungsgrad und Leistungsfaktor für beide Maschinen erfasst. Auf den Leistungsfaktor ergibt sich durch Aufbringen der KS-Wicklungen kein Einfluss. Die Verlustleistung nimmt hingegen sowohl im Testsignal- als auch im EMK-Bereich durch die Kurzschlusswicklungen zu. Aufgrund der ausgeprägten höheren Harmonischen ist die Zunahme inklusive der KS-Wicklungen bei der Maschine mit vergrabenen Magneten signifikanter. Daraus resultiert auch eine stärkere Abnahme des Wirkungsgrades. Auf das transiente Maschinenverhalten konnte kein Einfluss festgestellt werden. Abschließend konnte bestätigt werden, dass das Konzept kurzgeschlossener Rotorwicklungen auch bei einer Maschine mit vergrabenen Magneten den möglichen Betriebsbereich lagegeberloser Regelung erweitert. Die nunmehr über 7 Jahre Forschung zum Thema kurzgeschlossener Rotorwicklungen am Lehrstuhl für Elektrische Antriebe und Maschinen der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg konnte zeigen, dass es, ausgehend von analytischen und numerischen Modellierungsansätzen, möglich ist, die Anisotropieeigenschaften elektrischer Maschinen für die lagegeberlose Regelung zu verbessern. Durch die Anwendung als Nachrüstlösung an einem industriellen Servomotor konnte das Verfahren auch in die praktische Anwendung integriert und kann fortan zum Stand der Technik für die lagegeberlose Regelung gezählt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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“Resistance- and Inductance-Based Self-Sensing Control using Short- Circuited Windings on the Rotor of a SPMSM,” in IECON 2019 - 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2019
C. Hittinger and I. Hahn
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“Short-Circuited Rotor Windings for Improving the Electromagnetic Saliency for Inductance- and Resistance-Based Self-Sensing Control,” in 2019 IEEE 28th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), Vancouver, BC, Canada, 2019, pp. 390–395
C. Hittinger and I. Hahn
