Entwurf und lagegeberlose Regelung einer permanentmagnetunterstützten Synchronreluktanzmaschine
Marco Zimmermann
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Auslegung und lagegeberlosen Regelung einer permanentmagnetunterstützten Synchronreluktanzmaschine. Für drehzahlveränderliche Anwendungen wird vielfach eine feldorientierte Regelung des Maschinentyps mit Lagegeber eingesetzt. Das teure und sensible Bauteil benötigt Bauraum und erhöht die Ausfallwahrscheinlichkeit des Antriebssystems. Aus diesem Grund bestehen verschiedene Ansätze zur Vermeidung der direkten Rotorlageerfassung. Im mittleren und oberen Drehzahlbereich kommen hierbei modellbasierte Verfahren zum Einsatz, welche die Spannungen und Ströme des Maschinenmodells auswerten. Im Stillstand und unteren Drehzahlbereich wird die magnetische Anisotropie über Testsignale ausgewertet und daraus die Rotorlage geschätzt. Dabei gelten eine möglichst hohe Anisotropie und geringe Kreuzkopplung als wünschenswert für den lagegeberlosen Betrieb. Das Maschinendesign beeinflusst hierbei unmittelbar diese Parameter. Mit dem untersuchten Maschinentyp lassen sich im Entwurf zwei Ziele kombinieren. Eine hohe magnetische Anisotropie trägt maßgeblich zur Drehmomentdichte bei und erhöht die Leistungsfähigkeit der lagegeberlosen Regelung.
Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf den Entwurf und die Fertigung eines neuartigen steglosen Rotors zur Umsetzung der genannten Eigenschaften. Dies ermöglicht eine hohe Schenkligkeit im gesamten Stromarbeitsbereich. Der Entwurf des Rotors wird durch Finite-Elemente-Berechnungen für einen vorher festgelegten Stator unterstützt. Der gefertigte Prototyp wird daraufhin am Prüfstand vermessen und die Berechnungen verifiziert. Eine ausführliche Betrachtung verschiedener Parameteridentifikationsverfahren wird gegeben. Im weiteren Verlauf der Arbeit werden bestehende lagegeberlose Methoden validiert, weiterentwickelt und in Hinblick auf Parametrierung, Implementierungsaufwand und Leistungsfähigkeit verglichen.
