Eigensicherheit von Umrichtern für Permanentmagnet Synchronmaschinen

Abstract

Diese Arbeit behandelt die Eigensicherheit von Umrichtern allgemein und im speziellen für den Betrieb mit Permanentmagnet Synchronmaschinen. Diese Bauart an Drehfeldmaschine besitzt Permanentmagnete im Rotor, welche bei Rotation zwangsweise eine Flussverkettung mit der Statorwicklung hervorrufen und in dieser eine Spannung induzieren. Betreibt man die Maschine im Feldschwächbereich, kann die theoretisch induzierte Spannung der Maschine die Zwischenkreisspannung und auch die Sperrspannung der Leistungshalbleiter überschreiten. Tritt in diesem Fall eine Fehlerabschaltung auf, ist die kontrollierte Regelung der Feldschwächung nicht mehr möglich und die Spannung an den Halbleitern kann gefährlich hoheWerte erreichen. Einleitend werden allgemeine Fehlerfälle mit den dazu passenden Sicherheitsfunktionen erläutert, welche auch für den Betrieb mit anderen Drehfeldmaschinen gültig sind. Darauf aufbauend und mit den Gegebenheiten der zuvor beschriebenen Feldschwächproblematik einer Permanentmagnet Synchronmaschine wird an einer Lösung gearbeitet, welche die Maschine gegebenenfalls in den aktiven Kurzschluss versetzt. Dabei müssen mögliche abgeschaltete Treiber berücksichtigt werden. Um die zuverlässige Funktion der Elektronik zu gewährleisten, ist eine redundante Versorgung aus dem Zwischenkreis hilfreich. Zu diesem Zweck wurde im Rahmen der Arbeit ein Hochvolt Netzteil entwickelt, welches aus bis zu 450 V Zwischenkreisen die Versorgung für die Elektronik sicherstellt.<br />

This work deals with the intrinsic savety of inverters in general induction motor cases and specifically for use with permanent magnet synchronous machines. This type of induction machine includes permanent magnets in the rotor. In case of a spinning rotor, a flux linkage with the stator winding induce a voltage. If the machine is in field weakening operation, the theoretical induced voltage of the Machine may exceed the DC link voltage or the blocking voltage of the power semiconductor device. In case of an inverter failure or shutdown, the control system is not able to achieve field weakening and the induced voltage applied on the semiconductors can exceed the maximum values. Preliminary discussed are general faults with the matching security functions, which are valid for use with other induction machines. On this basis and with the conditions of the previously described field weakening problem of a PMSM, a circuit for switching an active short circuit at the inverter terminals is designed. Potentially disconnected Drivers have to be considered. To ensure reliable operation of electronics, a redundant power supply from the DC link is helpful. For this purpose a high-voltage power supply is designed, capable up to 450 V DC link voltage, to ensure electronics supply.