Aufbau und Inbetriebnahme eines Mehrfachstromrichters für einen sensorlosen Magnetlagerantrieb

Abstract

Bei Antriebssystemen mit elektromagnetischer Wellenlagerung führt die mechanische Kopplung der einzelnen Komponenten zu teils nicht zu vernachlässigenden Wechselwirkungen. Die Entwicklung geeigneter koordinierter sensorloser Regelkonzepte ist dabei aktueller Forschungsgegenstand des Instituts für Energiesysteme und Elektrische Antriebe der Technischen Universität Wien. In diesem Zusammenhang behandelt diese Diplomarbeit die Entwicklung, den Aufbau und die Evaluierung eines, als Basis für zukünftige Forschungsprojekte gedachten, Mehrfachstromrichters für einen generischen sensorlosen Magnetlagerantrieb bestehend aus einer dreiphasigen Antriebsmaschine, zwei dreiphasigen radialen und einem einphasigen axialen Magnetlager. Der erste Teil der Arbeit umfasst die Erläuterung der Aufgabenstellung sowie eine knappe Einführung in die relevanten Grundlagen von Magnetlagern, Raumzeigern und Pulsweitenmodulation. Im zweiten Teil wird auf die Konzeption des Mehrfachstromrichters eingegangen. Es erfolgt dabei ein Identifikation der primären Funktionseinheiten mit anschließender Spezifikation der einzelnen Komponenten bezüglich ihrer Funktion und Interaktion. Der dritte Teil widmet sich dann der konkreten Realisierung der zuvor spezifizierten Hardware- Komponenten und der, für die Evaluierung des Mehrfachstromrichters erforderlichen, Software des Mikrocontrollers. Abschließend finden sich die im Rahmen der Evaluierung durchgeführten Messungen und deren Ergebnisse.

The mechanical coupling of the individual components of a drive system with electromagnetic bearings can cause non-negligible interdependencies. The development of suitable coordinated sensorless control concepts is a current research topic at the Institute of Energy Systems and Electrical Drives at the Vienna University of Technology. In this context, this diploma thesis deals with the development, assembly and evaluation of a multi-inverter for a generic sensorless magnetic bearing drive as the basis for future research projects. The generic magnetic bearing drive consists of a three-phase motor, two three-phase radial and a single-phase axial active magnetic bearing. The first part of the thesis presents an explanation of the task as well as a brief introduction into the relevant fundamentals of magnetic bearings, space phasors and pulse width modulation. The second part discusses the design of the multi-inverter. An identification of the primary functional units with subsequent specification of the individual components with regard to their function and interaction takes place. The third part is then devoted to the concrete realization of the previously specified hardware components and the software of the microcontroller required for the evaluation of the multi-inverter. Finally, the measurements carried out as part of the evaluation and their results are presented.