E372 - Institut für Elektrische Antriebe und Maschinen
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Date (published):
2005
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Number of Pages:
133
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Abstract:
In der vorliegenden Dissertation wurde die sensorlose Rotorlageerfassung von permanentmagneterregten Synchronmaschinen, insbesondere Typen in Außenläuferbauform, mithilfe von Untersuchungen zur Rotorgeometrieanalyse, als auch aufgrund von modifizierten Mess- und Auswertealgorithmen optimiert. Der spezifizierte Drehzahlbereich von Stillstand bis Nenndrehzahl erforderte den Einsatz von zwei unterschiedlichen Verfahren. Einerseits konnte das EMK-basierte Kurzschlussmodell durch eine modifizierte Auswertung für den Betriebsbereich einer rotorflussparallelen Stromkomponente und einer nicht magnetisch isotropen Maschine erweitert und die negativen Einflüsse des Verfahrens auf das Betriebsverhalten reduziert werden.<br />Andererseits wurde unter Verwendung des INFORM-Verfahrens gezeigt, wie bei einer räumlich nicht gleichmäßigen Induktivitätsverteilung eine Lageerfassung hoher Güte möglich ist. Besonderes Augenmerk galt dem Einfluss der Rotorgeometrie, welche anhand eines eigens dafür entwickelten iterativen Finite-Elemente basierten Simulationsverfahrens untersucht und die der Methode zugrunde liegenden Ideen ausführlich erläutert wurden. Die Verifikation der Simulationsergebnisse erfolgte mit Messungen an den zufolge der Simulation gefertigten Typen.<br />Neben dem Einfluss der Maschinengeometrie sind auch diverse Messsequenzen in Hinblick auf einen möglichst geringen Fehler bei der sensorlosen Lageerfassung getestet, und die jeweiligen Vor- und Nachteile in Zusammenhang mit der Auswertung und dem Einfluss auf das Regelverhalten behandelt worden.<br />Weiters wurden verschiedene Ansätze und Blickwinkel für zwei Optimierungsstrategien (minimales Leistungsgewicht, hohe Dynamik) erörtert und die bis dahin vorgestellten Modelle zur indirekten Lageerfassung für die entsprechenden Anforderungen adaptiert.<br />Im Sinne eines Demonstrationsobjekts möglichst hoher Komplexität, sind eine Vielzahl der ausgearbeiteten Methoden in einem sensorlosen zweistufigen linearen Positionierantrieb praktisch implementiert worden.<br />Die Messergebnisse an den permanentmagneterregten Synchronmaschinen im sensorlosen (positionsgeregelten) Betrieb stellen die Basis für eine Vielzahl künftiger Anwendungen dar.<br />
de
In this PhD-thesis the sensorless control of permanent magnet synchronous machines, especially the external rotor type, was improved by optimizing the rotor geometry and the sensorless algorithms. The emf-based short circuit model is used in the high speed range, a modified method that allows the use in combination with direct axis current components (e.g. in fieldweakening operation) and non cylindrical rotor machines is presented. Furthermore the INFORM-method, based on evaluating anisotropic effects like rotor saliencies, is implemented in the low speed range including standstill. On the one hand it was improved by optimizing the measurement and evaluation algorithms, on the other hand the rotor geometry has been analyzed for enhanced INFORM-capability. The influence of rotor geometry on saliences was examined by using an iterative finite element based simulation tool. The simulation results were verified by measurements on the built machines.<br />The sensorless algorithms were adapted for different requirements like minimized power to weight ratio or high dynamic. A lot of the presented optimized methods were implemented in a sensorless multistage linear positioning drive. The results should demonstrate the industrial applicability.
