Vergleich unterschiedlicher Spannungspulssequenzen zur Anregung von Asynchronmaschinen zur möglichst präzisen Bestimmung von Asymmetrien

Abstract

Kurzfassung Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit verschiedenen möglichen Spannungsanregungen undderen Vergleich mit anderen bereits bestehenden Verfahren (z. B. 6-Schussverfahren). Die Spannungsanregung dient der Bestimmung des Rotorflusswinkels nach dem INFORM-Verfahrenmit dem Ziel der sensorlosen Regelung von umrichtergespeisten Asynchronmaschinen. Das INFORMVerfahrenwurde, aufgrund des Versagens der üblichen mathematischen Modelle, speziell für niedrigeDrehzahlen und Stillstand entwickelt. Dabei werden Spannungspulse mit einer bestimmten Strategie indie Maschine eingebracht. Mittels Messung der dadurch entstehenden Stromanstiege im Stator wird,unter Ausnutzung der über den Maschinenumfang asymmetrischen Sättigungseffekte, auf eineWinkelinformation geschlossen.Die verschiedenen Strategien zur Spannungsanregung zum Zweck der Rotorwinkelbestimmungunterscheiden sich in der Ansteuerung und in der Messung voneinander. Eines dieser Verfahren wurdemit dem Ziel entwickelt, eine Form der Spannungsanregung – die durch die Spannungspulse entsteht –zu finden, die sich sehr stark an die grundlegende Methode der Raumzeigermodulation anlehnt. Dieseverschiedenen Spannungsanregungen modulieren die Spannungsgrundwelle, sodass wenigeStromrippel entstehen. Das führt zur Verbesserung der Leistung der Maschine im Hinblick auf dieAkustik und die Effizienz im Vergleich mit Anregungsmethoden, die die Spannung nicht modulieren.Bei Verwendung der vorgestellten Art der Spannungsanregung ergibt sich jedoch auch eine, imVergleich zu den klassischen Methoden, schwierigere Auswertung der Stromänderungen für dieBestimmung des Rotorflusswinkels. Diese bereits bekannten Probleme des rotierenden Offsets und derPhasendrehung in den gemessenen INFORM-Daten und deren systematische Identifikation imEchtzeitsystem sind essenziell für eine fehlerlose Winkelbestimmung und deshalb auch ein wichtigerTeil dieser Arbeit.

Abstract This diploma thesis contains a description and an analysis of various voltage step excitation strategiesand their comparison with other already existing methods.The voltage step excitation is used as an injection technique for sensorless AC drives in order to obtaina leakage inductance modulated by the machine inherent saliencies. This way, the resultant currentresponses to injection contain information about the actual machine saturation and mechanical position.Voltage step excitation strategies have been investigated during the last decades, proving to be a solidand robust alternative to shaft encoder-based controls. The different excitation strategies have differentproperties and advantages. The excitation strategies of this thesis explore the use of voltage vectors thatare integrated into the SPVWM switching scheme, which leads to a current ripple reduction and thusimprove the performance in terms of acoustic noise and efficiency.The usage of the described excitation method also causes a more difficult evaluation of the currentresponses for the angle determination. The already known problems of a rotating offset and a phasedeviation of the measured saliency vectors und their systematic identification are essential for a correctangle determination and because of that also an important part of this thesis.