Beitrag zur schaltungszustandsbasierten Ansteuerung geschalteter Reluktanzmaschinen unter Berücksichtigung der Strommessung bei reduzierter Sensorik

Purfürst, Sandro GND

Die geschaltete Reluktanzmaschine als elektro-magneto-mechanischer Energiewandler gehört zur Gruppe der Synchronmaschinen. Neben dem Verzicht auf Seltenerdmetalle und der Möglichkeit zur kostengünstigen Fertigung ist dieser Maschinentyp besonders robust und kann auch bei Überlast zuverlässig betrieben werden. Insbesondere bei hohen Drehzahlen kann die geschaltete Reluktanzmaschine vorteilhaft zur Anwendung kommen. Dem entgegen stehen eine inhärente Geräuschemission und die Notwendigkeit einer Information über die Lage des beweglichen bezüglich des feststehenden Teils. Vielfältige Forschungsarbeiten versuchen, die bisherige geringe Akzeptanz der geschalteten Reluktanzmaschine zu steigern. Dabei bezieht sich jedoch nur ein verhältnismäßig geringer Teil auf die Ansteuerung bei reduzierter Stromsensorik. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur mehrphasigen Stromregelung geschalteter Reluktanzmaschinen mit nur einem Sensor zur Erfassung der für den Betrieb benötigten Phasenströme. Hierzu wird insbesondere der Überlappungsbereich der Phasen in den Vordergrund gestellt und dessen Bedeutung für den Maschinenbetrieb herausgearbeitet. Zusätzlich werden Definitionen zur Unterscheidung der relevanten Vorgänge für die Darstellung der Problematik eingeführt. Es wird gezeigt, wie sich die Maschine mit verschiedenen leistungselektronischen Topologien bei einer modifizierten Anbindung der Freilaufdioden betreiben lässt. Die dazu notwendigen Verläufe der Steuersignale werden empirisch und parallel dazu über einen genetischen Algorithmus ermittelt. Beide Ansätze führen für den Spezialfall zweier gleichzeitig aktiver Phasen mit jeweils zwei Schaltern im Überlappungsbereich zu einer wechselseitigen Anordnung der Schaltflanken. Hierdurch wird die Funktion des genetischen Optimierungsalgorithmus deduktiv nachgewiesen und die Anwendbarkeit auf allgemeinere Konfigurationen in Aussicht gestellt. Mithilfe eines Demonstrators werden die Einflüsse auf die Strommessung ermittelt und die grundlegende Funktionsfähigkeit der entwickelten Methode in der geschlossenen Kette nachgewiesen.

Switched reluctance machines, which are a component of synchronous machines, act as electro-magneto-mechanical energy converters. Such converters do not need rare earth elements and can be produced at low costs. As well, they are robust and can be reliably operated even in overload conditions. However, these advantages are offset by the inherent noise emissions and the need for detailed information about the rotor position. Much research has been done to improve the performance and capabilities of this machine type. However, only little emphasis has been placed on the area of reduced current sensor control in the past. Therefore, this thesis examines the problem of multiphase current regulation of a switched reluctance machine with only one current sensor in order to detect the phase currents required for operation. Furthermore, the overlapping areas of the phases are clearly defined for the problem description. The thesis shows how switch reluctance machines can be driven with a power electronic topology that can be achieved by modifying the connection of the freewheeling diodes. The required control signals are determined empirically, as well as using a genetic algorithm. Both approaches lead for the special case of two simultaneously active phases, each with two switches in the overlapping area to a mutual arrangement of the switching edges. As a result, the usefulness of the genetic optimization algorithm is shown and its applicability for more general and more complex configurations can be considered. Using a demonstration setup, the impact on the current measurements is determined. As well, the ability of the proposed method to work in closed-loop conditions is veryfied.

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Purfürst, Sandro: Beitrag zur schaltungszustandsbasierten Ansteuerung geschalteter Reluktanzmaschinen unter Berücksichtigung der Strommessung bei reduzierter Sensorik. Ilmenau 2019.

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