ISBN 9783843907958

978-3-8439-0795-8, Reihe Energietechnik

Heiko Peter
Sichere Lagefehlererkennung mithilfe einer permanentmagneterregten Synchronmaschine als redundanter Sensor

227 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden mit dem Ziel einer sicherheitsgerichteten Überwachung von Rotorlage und -drehzahl modellbasierte Fehlererkennungsverfahren untersucht. Als Grundlage dienen hierzu permanentmagneterregte Synchronmaschinen mit oberflächenmontierten Magneten. Nach der Analyse des Maschinenverhaltens bei Vorhandensein von Schlupf zwischen Rotorlagesensor und Rotorwelle erfolgt die Vorstellung verschiedener Überwachungsstrategien aus dem Themengebiet der fehlertoleranten Regelung. Wie aus den Untersuchungen hervorgeht, sind das analytische Redundanzgleichungs-, das direkte Winkelfehlerermittlungs- und das einfache d-Spannungsgleichungsverfahren für die Fehlererkennung, insbesondere für kleine Fehlerwinkel, geeignet. Durch die Verwendung des Grundwellenmodells der Maschine weisen allerdings alle Verfahren prinzipbedingt Schwächen bei kleinen Drehzahlen und im hochdynamischen Betriebsbereich auf.

Zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens im mittleren und hohen Drehzahlbereich erfolgt eine Erweiterung des Motormodells, wodurch erhöhte Anforderungen an Messgrößen und Parameter gestellt werden. Neben der Linearisierung des Wechselrichterverhaltens und der Bestimmung von Flussverkettungskennlinien werden Methoden zur Ermittlung und Erweiterung von Kennfeldern der differentiellen Induktivitäten vorgestellt. Anhand von Messungen werden die Robustheit gegenüber Parameteränderungen und die anwendbaren Betriebsbereiche untersucht. Eine deutliche Verbesserung des dynamischen Verhaltens rechtfertigt den zusätzlichen Aufwand gegenüber dem Grundwellenmodell.

In einem weiteren Teil der Arbeit wird der Stillstandsbereich anhand von Verfahren aus dem Themengebiet der lagegeberlosen Regelung betrachtet. Bedingt durch die Anforderungen und Rahmenbedingungen, erfolgt der Fokus dabei auf ein alternierendes Signalinjektionsverfahren. Aufgrund der Abhängigkeit der benötigen Induktivitätsverläufe von Belastung und Rotorlage ergeben sich zwar Einschränkungen, aber durch die Verwendung einer arbeitspunktabhängigen Nachführung sind die überwiegenden Betriebsbereiche überwachbar. Vergleichsmessungen zwischen einer Maschine mit verteilten und einer mit konzentrierten Wicklungen machen die maschinenabhängige Überwachungsqualität im Stillstandsbereich deutlich.

Auf Basis der Erkenntnisse werden im letzten Teil der Arbeit die verschiedenen Varianten der Überwachung anhand der Vor- und Nachteile gegenübergestellt.