Untersuchung einer stromanstiegsbasierten Positionserfassung eines axialen aktiven Magnetlagers

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse verschiedener Materialien und Anordnungen hinsichtlich derer Eignung zur Bestimmung der Rotorposition eines axialen aktiven Magnetlagers mittels Stromanstiegssensor. Ausgehend von einer konventionellen Anordnung eines solchen Magnetlagers wird ein Prüfstand entworfen, auf dem sowohl Stator- als auch Rotorsegmente leicht getauscht und neu angeordnet werden können. Zwei Reluktanzmodelle der Magnetlageranordnungen werden entworfen, welche Wirbelströme berücksichtigen. Es werden Analysen im Zeit- und Frequenzbereich durchgeführt, um festzustellen, wie sich die Induktivität der gegenüberliegenden Statorhälften in Abhängigkeit der Rotorposition verändert. Die rotorlageabhängigen Stromanstiege werden gemessen und hinsichtlich ihrer Eignung zur sensorlosen Positionsbestimmung untersucht. Statorsegmente aus Volleisen, SMC und Elektroblech werden analysiert und gegenübergestellt. Eine Materialkombination wird ausgewählt, um die stationäre absolute sowie relative Genauigkeit der sensorlosen Positionsregelung zu untersuchen. Es kann gezeigt werden, dass gewisse Materialkombinationen zur sensorlosen Positionsbestimmung am Prüfstand geeignet sind.

This thesis deals with the analysis of multiple materials and constellations regarding their ability to identify the position of an axial active magnetic bearing using a current slope sensor. Based on a conventional thrust actuator arrangement, a test rig is designed which allows for easy replacement and relocation of rotor and stator segments.Two reluctance models are developed which consider eddy currents. Measurements are conducted in time and frequency domain, to investigate inductance changes caused by rotor displacement. Rotor position depending current slopes are measured and compared to the actual rotor position.Stator segments consisting of full iron, SMC or lamination steel are analyzed and compared. One of the assemblies is used to analyze the absolute and relative accuracy of stationary sensorless position control. It can be shown that certain materials are suitable to acquire the rotor position on the test rig without a dedicated position sensor.