Entwurf einer Stromregelung mit definiertem dynamischem Verhalten für einen Permanentmagnet-Synchronmotor mit eingebetteten Magneten (IPMSM) (PDF)

Bachelorarbeit aus dem Jahr 2010 im Fachbereich Elektrotechnik, Note: 1.0, Universität Paderborn (Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik), Sprache: Deutsch, Abstract: Verbrennungsmotoren dominieren seit über einem Jahrhundert in ihrer Funktion als Traktionsantriebe in Automobilien und werden erst seit einigen Jahren aufgrund ihrer schlechten ökologischen
und ökonomischen Perspektiven stärker hinterfragt. Der Trend zu möglichst sparsamen und umweltfreundlichen Fahrzeugen setzt sich in Politik, Gesellschaft und Automobilindustrie
immer stärker durch. Nicht zuletzt aufgrund des Klimawandels und der absehbaren Verknappung und Verteuerung von Rohöl, erfreuen sich Elektromotoren als alternative Antriebstechnologie wachsender Beliebtheit. Zum einen stellt der Hybrid-Motor ein Antriebskonzept dar, mit dem eine höhere Effizienz gegenüber einem reinen Verbrennungsmotor erreicht werden kann. Zum anderen wecken rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge zunehmend das Interesse der Öffentlichkeit und stellen z.B. als Mega City Vehicle ein klimafreundliches Fahrzeugkonzept in
Großstädten dar.
Der Permanentmagnet-Synchronmotor mit eingebetteten Magneten (IPMSM) zeichnet sich durch
eine vergleichsweise hohe Leistungs- und Drehmomentdichte aus und wird daher zunehmend
als Traktionsantrieb in Hybrid- und Elektrofahrzeugen eingesetzt. Ein wesentlicher Grund für
die gesteigerte Leistungs- und Drehmomentdichte von IPMSM sind verbesserte Magnetmaterialien
aus Metallen der Seltenen Erden mit denen sich sehr hohe Energiedichten realisieren lassen.
Um diesen Motor als Traktionsantrieb einzusetzen, bedarf es einer Regelung, welche dem
Motor ein gefordertes Verhalten aufprägt. Dabei kommt meist eine feldorientierte Stromregelung
zum Einsatz, der weitere Regelkreise wie z.B. eine Drehzahlregelung, eine Schlupfregelung
oder eine aktive Schwingungsdämpfung überlagert werden. Der Fokus dieser Arbeit liegt
dabei auf der feldorientierten Stromregelung. Insbesondere aufgrund von Sättigungseffekten sowie
Stellgrößenbegrenzungen weist die Stromregelung jedoch eine stark arbeitspunktabhängige
Dynamik auf. Dies erschwert die Auslegung überlagerter Regelungsfunktionen, da für diese das
Verhalten der unterlagerten Stromregelung bekannt sein muss. Im Gegensatz dazu soll im Zuge
dieser Arbeit eine Stromregelung entworfen werden, welche dem betrachteten System ein
weitgehend lineares und somit arbeitspunktunabhängiges Verhalten aufprägt. Dieses definierte
Verhalten kann dann hinsichtlich überlagerter Regelkreise vorausgesetzt werden. Hierdurch istein erleichterter Entwurf und eine bessere Regelgüte für die überlagerten Regelfunktionen zu
erwarten.