Petermann, André: Realisierung einer wirkungsgradoptimalen Maximum-Torque-Per-Ampere Regelung an einer Synchronmaschine mit vergrabenen Magneten und Vergleich mit etablierten Standardverfahren

Abstract in Deutsch:

In dieser wissenschaftlichen Arbeit werden die Regelungsstrategien Maximum Torque per Ampere (MTPA) und Verlustoptimierung für die Anwendung bei Synchronmaschinen mit vergrabenen Magneten vorgestellt. Dabei wird die MTPA-Regelung praktisch umgesetzt und mit dem etablierten Standardverfahren, der polradorientierten Regelung, für die Verwendung am aufgebauten Teststand über einen weiten Drehzahlbereich in Bezug auf den Gesamtwirkungsgrad, bestehend aus dem Wirkungsgrad der IPMSM und dem des Wechselrichters, verglichen. Die Verlustoptimierung hingegen wird nur im theoretischen Teil betrachtet und anhand vorhandener Messergebnisse mit den anderen Regelungsverfahren verglichen. Zur Einführung in die Masterarbeit wird der Aufbau der Synchronmaschine mit vergrabenen Magneten, Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM), und die sich daraus ergebenen Besonderheiten, spezifisch die unterschiedliche Ausprägung der Induktivitäten im d-q-Koordinatensystem, erklärt. Ebenfalls werden die für die Regelungsverfahren notwendigen Spannungsgleichungen ausführlich hergeleitet, um die im Anschluss folgende feldorientierte Regelung (FOR), die für die Umsetzung der verschiedenen Regelungsstrategien benötigt wird, vorzustellen. Die Idee der MTPA-Regelung ist es, dass Drehmoment mit einem minimalen Stromraumzeiger zu stellen. Der Aufbau dieses Regelungskonzeptes wird dabei systematisch hergeleitet und entstehende Besonderheiten werden ausführlich erklärt. Die MTPA-Regelung kann dabei in zwei verschiedenen Methoden im Digitalsignalprozessor (DSP) umgesetzt werden. Zu einem können die Sollwertvorgaben für die entsprechende Belastung in Tabellen und Kennlinienfeldern hinterlegt werden, zum anderen ist es möglich die Sollwerte direkt im Programm zu berechnen. Diese beiden regelungstechnischen Umsetzungen werden detailliert beschrieben. Mit Hilfe des Vergleichs der Regelungsstrategien soll eine Aussage getroffen werden, welches Verfahren einen möglichst hohen Wirkungsgrad der IPMSM und der dazugehörigen Leistungselektronik am Versuchsstand erzielen kann.