Traktionsantriebe mit Synchron-Reluktanz-Maschinen und geberloser Regelung für aggressive Umweltbedingungen im Bergbau
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Projekts sollte die geberlose Regelung von Reluktanz Synchronmaschinen (RSM) im gesamten Drehzahlbereich entwickelt und optimiert werden. Durch den ersten Projektteil stand eine erste Version der RSM und ein Konzept zur geberlosen Regelung für niedere Drehzahlen zur Verfügung und es wurden RSM spezifische Probleme identifiziert, die die Entwicklung einer vollständigen geberlosen Regelung zu diesem Zeitpunkt nicht realisierbar machten. Ziel dieses zweiten Projektteils war es, Lösungen für diese Probleme zu finden, die Entwicklung der geberlosen Regelung zu Ende zu führen und das Gesamtsystem zu optimieren. Das erste Problem war, die besondere Schwierigkeit ein grundwellenbasiertes geberloses Verfahren für die RSM zu entwickeln, was sich durch ihr spezielles Energiewandlungsprinzip begründet. Im Rahmen dieses Projekt wurde das erste vollständige Verfahren entwickelt und veröffentlicht. Das zweite Problem war die überraschende Isotropie der Maschineninduktivität im unbestromten Betrieb (Nulllast). Es wurde gezeigt, dass dies durch eine bestimmte Veränderung der Sollstrom-Trajektorie umgangen werden kann, jedoch unter Inkaufnahme ohmscher Verluste im Leerlauf. Darüber hinaus stand zur Frage, welche physikalischen Ursachen der im ersten Projektteil entdeckte Unterschied zwischen tangentialer Induktivität und HF-Induktivität hat (der insbesondere bei RSM auftritt), und ob diese sich für ein geberlos orientiertes Maschinen Design ausnutzen ließen. Als Ursache wurde magnetische Hysterese identifiziert, deren isotropes Verhalten sie für HF-Injektion nicht nutzbar macht. Das frequenzabhängige Einprägen von Wirbelströmen wurden nachgewiesen, aber auch dass sich diese effektfrei hinsichtlich der ermittelten HF-Induktivität zeigten. Basierend auf den obigen Entwicklungen und Untersuchungen wurden Vorschläge zur Designverbesserung abgeleitet, die im Wesentlichen das Ersetzen stabilitätsbildender Querbrücken durch eine Epoxidharzfüllung vorschlugen. Zwar erhöht die Verwendung von Epoxidharz den Fertigungsaufwand, jedoch konnte damit eine verlustfreie Alternativ-Lösung für das erste Problem geschaffen werden, die in den abschließenden experimentellen Untersuchungen zusätzlich eine Erhöhung des Nennmoments, der Effizienz, und des Leistungsfaktors der RSM aufzeigte.
Publications
- Fundamental saliency based encoderless control for reluctance synchronous machines," Electrical tvlachines (ICEf\A), 2010 XIX International Conference on 6-8 Sept. 2010, pp.1-7.
Landsmann, P., Kennel, R., de Kock, H.W., Kamper, M.J.
(See online at https://dx.doi.org/10.1109/ICELMACH.2010.5607906) - The influence of magnetic hysteresis on HF injection based inductance calculation, Energy Conversion Congress and Exposition 17-22 Sept. 2011,(ECCE), 2011 IEEE, pp.638-645.
Cordier, J., Landsmann, P., Kennel, R.
(See online at https://dx.doi.org/10.1109/ECCE.2011.6063829) - Evaluation of a simplified high frequency injection position sensorless control method for reluctance synchronous machine drives," Power Electronics, tsAachines and Drives (PEti/ID 2012), 6th lET International Conference on 27-29 March 2012, pp.1-6.
Villet, W. T., Kamper, M. J., Landsmann, P., Kennel, R.
(See online at https://dx.doi.org/10.1049/cp.2012.0267) - Design of a Reluctance Synchronous Machine for Saliency Based Position Sensorless Control at Zero Reference Current. Industrial Technology (ICIT2013), IEEE International Conference on 25-27 February 2013, pp. 301-306.
Villet, W. T., Kamper, M. J .
(See online at https://dx.doi.org/10.1109/ICIT.2013.6505689)
