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Anlauf von energieeffizienten Synchronmaschinen mit Drehstromsteller
Die Arbeit beschäftigt sich mit dem Anlauf von energieeffizienten PMSM (permanent magnet synchronous motor) mit Drehstromsteller als Alternative zum herkömmlichen Sanftanlauf von ASM (Asynchronmaschine). Ausgangspunkt sind die Vorausberechnung von Strom und Drehmoment der PMSM auf Basis der in der Arbeit hergeleiteten Lösung von Stromdifferentialgleichungen zur Berechnung beliebiger transienter Arbeitspunkte einer PMSM. Basierend auf diesen Berechnungen wurden anschließend zwei verschiedene Steuerverfahren für einen Drehstromsteller zur Nutzung als Anlaufgerät für eine PMSM abgeleitet und jeweils in eine funktionsfähige Lösung in einem DSP-System umgesetzt. Es ist eine prädiktive Zündsteuerung mit Echtzeit-Vorausberechnung entwickelt worden. Damit ist die notwendige Folgezündung berechenbar und es wurde der Hochlauf von PMSM mit diesem Verfahren nachgewiesen. Es ermöglicht damit eine sehr genaue Vorausberechnung, vorausgesetzt, die Parameter der verwendeten Maschine sind hinreichend bekannt und es wird ein Steuergerät mit akzeptabler Leistungsfähigkeit verwendet. Die Qualität des entwickelten Verfahrens zeigt sich in zahlreichen durchgeführten Simulationen und Messungen. Dennoch bleibt die Problematik der Synchronisation für netzfrequente Speisung der permanenterregten Synchronmaschine, trotz Drehmomementbegrenzung mit der entwickelten Synchronisationsregelung, bestehen. Aus diesem Grund wurde zusätzlich das Verhalten von PMSM mit Dämpferkäfig bei Betrieb am Steller mit prädiktiver ZündSteuerung untersucht. Es wurden Hochlaufvorgänge von LS-PMSM mit Drehstromsteller als Anlaufgerät sowohl simulativ als auch messtechnisch untersucht und die Eignung des Steuerverfahrens mit Echtzeit-Vorausberechnung für diese Maschine verifiziert. Allerdings wird bei den Vorausberechnung der Kurzschlusskäfig nicht berücksichtigt. Es wurde jedoch festgestellt, dass erwartungsgemäß die Zuverlässigkeit der Vorausberechnung bei verringerter Dämpfung zunimmt. Da auf Grund der Nutzung des Stellers als Anlaufgerät ein Kurzschlusskäfig nicht wie bei LS-PMSM für den Anlauf, sondern ausschließlich für die Dämpfung im Dauerbetrieb benötigt wird, würde es genügen, einen entsprechend schwachen Dämpferkäfig für die PMSM zu nutzen. Solch eine Maschine würde im Zusammenhang mit einem Anlaufgerät in Form eines DSS mit prädiktiver Zündsteuerung eine vorteilhafte Alternative zur LS-PMSM darstellen. Außerdem entwickelt sich im Gegensatz zur herkömmlichen LS-PMSM beim Hochlauf kein Pendelmoment mit negativem Drehmomentanteil und überdies ist beim Betrieb mit prädiktiver Zündsteuerung eine Begrenzung von Strom bzw. Drehmoment möglich, womit die Vergleichbarkeit zu Sanftanlaufgeräten für Drehstrom-Asynchronmaschinen gegeben ist. Damit steht mit der Kombination, bestehend aus DSS mit prädiktiver Steuerung und PMSM mit Dämpferkäfig, eine energieeffiziente Alternative zur aktuell üblichen ASM mit Sanftanlaufgerät zur Verfügung.
Anlauf von energieeffizienten Synchronmaschinen mit Drehstromsteller
Die Arbeit beschäftigt sich mit dem Anlauf von energieeffizienten PMSM (permanent magnet synchronous motor) mit Drehstromsteller als Alternative zum herkömmlichen Sanftanlauf von ASM (Asynchronmaschine). Ausgangspunkt sind die Vorausberechnung von Strom und Drehmoment der PMSM auf Basis der in der Arbeit hergeleiteten Lösung von Stromdifferentialgleichungen zur Berechnung beliebiger transienter Arbeitspunkte einer PMSM. Basierend auf diesen Berechnungen wurden anschließend zwei verschiedene Steuerverfahren für einen Drehstromsteller zur Nutzung als Anlaufgerät für eine PMSM abgeleitet und jeweils in eine funktionsfähige Lösung in einem DSP-System umgesetzt. Es ist eine prädiktive Zündsteuerung mit Echtzeit-Vorausberechnung entwickelt worden. Damit ist die notwendige Folgezündung berechenbar und es wurde der Hochlauf von PMSM mit diesem Verfahren nachgewiesen. Es ermöglicht damit eine sehr genaue Vorausberechnung, vorausgesetzt, die Parameter der verwendeten Maschine sind hinreichend bekannt und es wird ein Steuergerät mit akzeptabler Leistungsfähigkeit verwendet. Die Qualität des entwickelten Verfahrens zeigt sich in zahlreichen durchgeführten Simulationen und Messungen. Dennoch bleibt die Problematik der Synchronisation für netzfrequente Speisung der permanenterregten Synchronmaschine, trotz Drehmomementbegrenzung mit der entwickelten Synchronisationsregelung, bestehen. Aus diesem Grund wurde zusätzlich das Verhalten von PMSM mit Dämpferkäfig bei Betrieb am Steller mit prädiktiver ZündSteuerung untersucht. Es wurden Hochlaufvorgänge von LS-PMSM mit Drehstromsteller als Anlaufgerät sowohl simulativ als auch messtechnisch untersucht und die Eignung des Steuerverfahrens mit Echtzeit-Vorausberechnung für diese Maschine verifiziert. Allerdings wird bei den Vorausberechnung der Kurzschlusskäfig nicht berücksichtigt. Es wurde jedoch festgestellt, dass erwartungsgemäß die Zuverlässigkeit der Vorausberechnung bei verringerter Dämpfung zunimmt. Da auf Grund der Nutzung des Stellers als Anlaufgerät ein Kurzschlusskäfig nicht wie bei LS-PMSM für den Anlauf, sondern ausschließlich für die Dämpfung im Dauerbetrieb benötigt wird, würde es genügen, einen entsprechend schwachen Dämpferkäfig für die PMSM zu nutzen. Solch eine Maschine würde im Zusammenhang mit einem Anlaufgerät in Form eines DSS mit prädiktiver Zündsteuerung eine vorteilhafte Alternative zur LS-PMSM darstellen. Außerdem entwickelt sich im Gegensatz zur herkömmlichen LS-PMSM beim Hochlauf kein Pendelmoment mit negativem Drehmomentanteil und überdies ist beim Betrieb mit prädiktiver Zündsteuerung eine Begrenzung von Strom bzw. Drehmoment möglich, womit die Vergleichbarkeit zu Sanftanlaufgeräten für Drehstrom-Asynchronmaschinen gegeben ist. Damit steht mit der Kombination, bestehend aus DSS mit prädiktiver Steuerung und PMSM mit Dämpferkäfig, eine energieeffiziente Alternative zur aktuell üblichen ASM mit Sanftanlaufgerät zur Verfügung.
Anlauf von energieeffizienten Synchronmaschinen mit Drehstromsteller
Benecke, Marcel (author)
2012
140 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Theses
German
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