ISBN 9783843924849

978-3-8439-2484-9, Reihe Elektrotechnik

Alexander Rambetius
Lagegeberlose Regelung der elektrisch erregten Synchronmaschine für den Einsatz in Elektrofahrzeugen

257 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der lagegeberlosen Regelung elektrisch erregter Synchronmaschinen für den Einsatz in Elektrofahrzeugen und verbindet damit zwei Technologietrends in diesem Bereich: Zum einen den Einsatz von Maschinen ohne seltene Erden, zum anderen die Regelung der Motorströme ohne die direkte Erfassung der Rotorlage. Neben den ökonomischen Vorteilen durch den Verzicht auf Permanentmagnete bietet die elektrisch erregte Synchronmaschine auch technologische Vorteile, beispielsweise im Bereich großer Drehzahlen und bei der funktionalen Sicherheit. Um die technologischen Vorteile dabei vollständig nutzen zu können, bedarf es der Regelung aller Motorströme. Das hierfür typischerweise eingesetzte Konzept ist die feldorientierte Regelung, welche eine Information über die Rotorlage benötigt. Aus Kostengründen und wegen der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems ist es dabei erstrebenswert, die Rotorlage nicht mit einem Sensor zu erfassen, sondern aus ohnehin vorhandenen elektrischen Messgrößen zu schätzen.

Angetrieben durch die Vorteile eines lagegeberlosen Betriebs, beschäftigt sich eine Vielzahl an Forschungsgruppen seit über zwei Jahrzehnten mit dieser Thematik. Verfahren für permanenterregte Synchronmaschinen sind dabei schon so weit ausgereift, dass sie ihren Weg in industrielle Anwendungen gefunden haben.

Im Gegensatz zu permanenterregten Synchronmaschinen kommen elektrisch erregte Synchronmaschinen bis heute nahezu ausschließlich bei sehr großen Leistungen (>500 kW) zum Einsatz. In diesem Leistungsbereich spielen die Vorteile einer lagegeberlosen Regelung jedoch eine untergeordnete Rolle, weswegen dieser Thematik bisher kaum Beachtung geschenkt wurde. Durch den potenziellen Einsatz als Traktionsantrieb von Elektrofahrzeugen entsteht allerdings die Motivation, die Möglichkeiten eines lagegeberlosen Betriebs auch für diesen Maschinentyp detailliert zu untersuchen.

Bedingt durch die elektrisch zugängliche Rotorwicklung ermöglicht die elektrisch erregte Synchronmaschine eine Vielzahl an neuartigen Konzepten für die lagegeberlose Regelung. Die Maschine ähnelt in ihrem Aufbau einem gängigen Lagegeber – dem Resolver. Dementsprechend liegt es nahe, das Prinzip des Resolvers zu übertragen und damit die Maschine selbst als Lagesensor zu verwenden. Es stellt sich jedoch die Frage, ob das Emulieren eines Resolvers tatsächlich die beste Möglichkeit der Rotorlagedetektion darstellt.