Entwurf einer direkten Selbstregelung für permanenterregte Synchronmaschinen (eBook)

Konstantin Bushaev wurde 1976 in Russland geboren. Nach seiner Schulausbildung entschied sich der Autor für den Beruf des Elektroingenieurs. Schon während seines Diplomstudiums in Russland hat er die ersten Kenntnisse in den Gebieten Elektrische Maschinen und Automatisierte Elektroantriebe erworben. Nach der Übersiedlung nach Deutschland musste er, um hier als Elektroingenieur arbeiten zu dürfen, nochmals studieren. Beim Masterstudium an der TU Berlin, das er mit der Gesamtnote sehr gut abschloss, hat er Elektrotechnik mit Schwerpunkten Elektrische Energietechnik und Automatisierungstechnik studiert. Nun, wo Umweltschutz und Energieerhaltung immer wichtiger werden, stellt der Autor sein Regelungskonzept für Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge vor.

Inhaltsverzeichnis 3
Kurzfassung 5
Abstract 5
1 Einführung 7
1.1 Motivation 7
1.2 PMSM für EV 8
1.3 FPGA-Technologie 11
2 Parametrisierung der modularen PMSM 13
2.1 Auslegung einer Zahnspulenwicklung 13
2.1.1 Besonderheiten der Zahnspulenwicklung 13
2.1.2 Auslegungsbedingungen 14
2.1.3 Die Entwurfsmethoden 16
2.1.4 Bewertung der Wicklungsentwürfe 21
2.2 Parametrisierung durch SPEED 24
2.2.1 Geometrische Abmessungen 24
2.2.2 Berechnung der Maschinenparameter 26
3 Das mathematische Modell der PMSM 31
3.1 Raumzeigerdarstellung 31
3.2 Koordinatentransformation 34
3.3 Gleichungssystem der PMSM 35
4 Prinzip der direkten Drehmomentregelung 43
4.1 Modell der PMSM 43
4.1.1 Transformation der Spannungen vom Dreiphasensystem dq-KOS 44
4.1.2 Elektrische Strecke der PMSM 45
4.1.3 Mechanische Strecke der PMSM 46
4.1.4 Transformation der Ströme vom dq-KOS in Dreiphasensystem 47
4.2 Umrichter-Modell 48
4.3 Regelung-Modell 52
4.4 Maschinenmodell (Schätzungsmodell) 58
4.6 Schaltfrequenz-Analyse 61
4.7 PI-Drehzahlregler 66
4.8 Simulationsergebnisse 67
5 Optimierung der Regelungskomponenten 69
5.1 Optimierung des Statorfluss-Sollwertes 69
5.2 Direkte Drehmomentregelung in dq-KOS 72
5.3 Kompensation der temperaturabhängigen Statorwiderstandsänderung 76
6 Realisierung DTC-Regelung in FPGA 81
6.1 Digitalisierung 81
6.2 Diskretisierung der Regelstrecke 83
6.3 Digitalisierung der Regelungskomponenten 84
6.3.1 FPGA-Entwurf 84
6.3.2 Realisierung einer Totzeit im Umrichter 86
6.3.3 FPGA-Realisierung der Schalttabelle 87
6.3.4 FPGA-Realisierung der Verweistabelle des optimalen Flusses 89
6.3.5 Realisierung des Statorfluss- und Drehmomentreglers in FPGA 90
6.3.6 Digitaler PI-Drehzahlregler 92
6.3.7 Taktsteuerung - Umsetzung 93
6.3.8 Statorspannung-Berechnung 94
6.3.9 Spannungs- und Strom-Transformationen 95
6.3.10 Sektorbestimmung 97
6.3.11Drehmoment-Schätzung 99
Zusammenfassung 101
Anhang A 103
Anhang B 111
Anhang C 113
Literaturverzeichnis 113
Anhang D 115
Abkürzungen und Formelzeichenverzeichnis 115
Anhang E 119
Tabellenverzeichnis 119
Anhang F 121
Abbildungsverzeichnis 121
Autorenprofil 125

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