Optimizing pulse pattern and signal processing for injection based sensorless control methods of induction machine drives

Abstract

Das Anwendungsgebiet der Asynchronmaschine ist sehr weit reichend. Jedoch wird zum erreichen einer hochdynamischen, feldorientierten Regelung im gesamten Drehzahlbereich, ein mechanischer Winkel- oder Drehzahlsensor benötigt. In den letzten Jahren wurde versucht diesen Sensor durch rein elektrische Messungen zu ersetzen, womit Baugröße, Kosten und Ausfallswahrscheinlichkeit vermindert werden könnten. In dieser Arbeit wird eine Injektionsmethode (INFORM = Indirect Flux Detection by Online Reactance Measurement) hinsichtlich ihrer eingebrachten Störung und deren Minimierung untersucht. Die behandelte Methode zeigte im laufe der Zeit auch andere Anwendungsmöglichkeiten außerhalb der sensorlosen Regelung, zum Beispiel auf dem Gebiet der Fehlerüberwachung von umrichtergespeisten Maschinen. Auch in diesem Bereich sind die gewonnenen Erkenntnisse anwendbar. Das Ziel der Arbeit ist die Verbesserung und Optimierung der Messkette, genauso wie die Optimierung der Injektions-Pulsmuster zur Ermittlung der Maschinenanisotropie. Als Gesamtergebnis kann eine Verbesserung um mehr als den Faktor 50 im Bereich der störenden Eigenschaften der Injektionspulse angesehen werden, wenn man als Vergleich die vorherigen Standard-Injektions-Sequenzen heranzieht.<br />

Induction Machines have, due to their robustness, encountered a lot of application fields as electrical drives. However, to achieve a most high dynamic, field-oriented, performance of the induction machine drive in all speed ranges, an encoder or speed sensor has to be attached to the drive system. In the presented thesis, the optimization of a mechanical sensorless flux-detection method called INFORM (Indirect Flux Detection by Online Reactance Measurement) for induction machines is addressed. The work is focused on the enhancement of the signal quality and the reduction of the disturbances by this injection method.<br />The considered non-model based method turned out to have additional fields of application outside mechanical sensorless control, for instance in the field of on-line condition monitoring of inverter-fed ac-machines. The improvements made in this work regard the sensitivity of the measurement chain especially in the field of derivative sensing of currents, as well as the injection pattern optimization. Quality improvements by more than a factor of 50 are achieved in the case of disturbance effects of the injection scheme, compared to the standard method.