Wirkungsgradkennfeld für unterschiedliche Magnetisierungsströme zur feldorientierten Regelung einer Asynchronmaschine (PDF)

Masterarbeit aus dem Jahr 2023 im Fachbereich Elektrotechnik, Note: 1,7, Hochschule Mannheim (Fakultät für Elektrotechnik), Sprache: Deutsch, Abstract: Diese Arbeit beschäftigt sich damit, wie die Feldschwächekennlinie vorgegeben werden muss, damit das Wirkungsgradkennfeld der Asynchronmaschine das bestmögliche Verhalten im eingeschwungen Zustand aufzeigt unter der Bedingung von Spannungs- und Strombegrenzung und einer nicht linearen Hauptfeldinduktivität. Ebenso wird aufgezeigt, wie eine Asynchronmaschine zu modellieren ist und wie die Strom- und Drehzahlregelung im zeitkontinuierlichen sowie im zeitdiskreten auszulegen ist. Der reale Regler werden zeitdiskret ausgelegt.


Beim Betrieb der Asynchronmaschine mit konstanter Flussamplitude steigt mit zunehmender Drehzahl die erforderliche Statorspannung an. Aufgrund der vom Frequenzumrichter beschränkten Spannungs- und Stromamplitude sind Drehzahl und Drehmoment begrenzt. Um die Drehzahl weiter zu steigern, ist es notwendig, den Fluss abzuschwächen. Wie der Magnetisierungsstrom optimal für ein bestmögliches Wirkungsgradkennfeld gesteuert werden kann, wurde in dieser Arbeit unter Berücksichtigung einer nicht-linearen Hauptfeldinduktivität und den Beschränkungen des Frequenzumrichters untersucht.
Verwendet wurde hierfür das in der Literatur bekannte konventionelle Verfahren, bei dem der Magnetisierungsstrom ab Erreichen der Eckdrehzahl proportional zur Inversen der Drehzahl abgesenkt wird.

In der Literatur wird jedoch der Magnetisierungsstrom sowie die Eckdrehzahl für die genannten Berücksichtigungen nicht konkret vorgegeben. Üblich ist es, den Wert des Bemessungsstroms der Maschine als Magnetisierungsstrom festzulegen und die Eckdrehzahl nach Herstellerangaben der Asynchronmaschine auszuwählen. Dieses Verfahren führt jedoch zu unzufriedenstellenden Ergebnissen und einem schlechten Wirkungsgradkennfeld. In dieser Arbeit wurden daher Matlab-Programme entworfen, die die oben genannten Berücksichtigungen beachten, um den optimalen Magnetisierungsstrom und die geeignete Eckdrehzahl für das beste Wirkungsgradkennfeld zu berechnen. Dieses einfach anwendbare Verfahren wird in dieser Arbeit vorgestellt. Für die Untersuchung wurde eine 5,5 kW Asynchronmaschine mit Käfigläufer und ein Frequenzumrichter mit einer Ausgangsspannung von 560 V und einer Strombegrenzung von 28,28 A verwendet.