Untersuchung des HF-Verhaltens permanenterregter Synchronmaschinen mit Rotorwicklung für den geberlosen Betrieb

Die feldorientierte Regelung der permanenterregten Synchronmaschine setzt die Kenntnis der aktuellen Rotorposition voraus, weshalb moderne Antriebssysteme üblicherweise mit einem Rotorlagegeber ausgestattet sind. Aus unterschiedlichen Beweggründen kommt jedoch zunehmend der Wunsch auf, die Maschine selbst als Sensor verwenden und so auf einen separaten Lagegeber verzichten zu können.

Hierzu wird im unteren Drehzahlbereich und im Stillstand den elektrischen Größen im Arbeitspunkt ein im Vergleich zur Grundfrequenz hochfrequentes (HF) Testsignal überlagert und die gemessene Strom- bzw. Spannungsantwort zur Rotorlageschätzung herangezogen. Die zentrale Herausforderung stellen dabei das Verschwinden der Anisotropie unter Last und der Einfluss der Kreuzsättigung dar, welche den für die Lageschätzung geeigneten Betriebsbereich einschränken und die erreichbare Genauigkeit begrenzen.

Zur gezielten Beeinflussung des HF-Verhaltens wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit daher das Konzept einer kurzgeschlossenen Rotorwicklung grundlegend untersucht.

Auf Basis von Messungen an einem 2-phasigen Testaufbau werden die theoretisch hergeleiteten Erkenntnisse bewertet und ein geeignetes Simulationsmodell entwickelt.

Mit dessen Hilfe wird unter anderem eine Rotorwicklung für einen Rotor mit vergrabenen Magneten optimiert. Die Messungen am Prototypen bestätigen das Potential des Konzepts.

Im letzten Abschnitt wird gezeigt, dass sich die Genaugkeit der Lageschätzung durch eine gleichzeitige Auswertung der resistiven und induktiven Anteile der HF-Impedanz weiter steigern lässt.