Betriebsstrategien permanentmagneterregter Synchronmaschinen über 1 kW Aufnahmeleistung am einphasigen Wechselspannungsnetz

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Betrieb permanentmagneterregter Synchronmaschinen (PMSM) am einphasigen Wechselspannungsnetz höherer Leistung, im Speziellen größer 1kW Leistungsaufnahme. Dabei liegt der Hauptfokus der Untersuchungen auf den leistungselektronischen Wechselrichterschaltungen, welche für den stabilen Betrieb dieser Maschinen zwingend erforderlich sind. Dies umfasst neben den hardwarespezifischen Betrachtungen verschiedener Schaltungstopologien ebenfalls die, in der jeweiligen Betriebssoftware verwendeten, Regelschleifen zur Ansteuerung. Im genannten Rahmen werden sowohl die typischen Implementierungen solcher Antriebe nach Stand der Technik als auch durch den Autor entwickelter Lösungen untersucht und verglichen. Eine Bewertung erfolgt nach den Kriterien Antriebsgüte, Netzqualität und benötigter Bauraum der passiven Leistungskomponenten. Damit Letzteres erfolgen kann, werden grundlegende Berechnungsvorschriften zur Dimensionierung der jeweilig vorhandenen passiven Elemente vorgestellt. Die getroffenen Schlussfolgerungen stützen sich dabei auf konkrete und untereinander vergleichbare Messungen, welche an entsprechenden Versuchsaufbauten aufgenommen wurden. Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit ist die Wicklungsauslegung permanentmagneterregten Synchronmaschinen für die unterschiedlichen Betriebsstrategien, welche in dieser Arbeit behandelt werden. Mittels neu entwickelter Berechnungsmethoden zur Ermittlung angepasster Wicklungsparameter bereits optimierter Magnetkreise können sowohl die Maschine als auch die verwendeten Wechselrichterschaltungen hinsichtlich des jeweiligen Verlustleistungsminimums analysiert werden. Dadurch wird eine komponentenübergreifende Bewertung des Gesamtsystems ermöglicht. Die Anwendung genannter Berechnungsmethoden wird exemplarisch an einer Antriebsmaschine für die unterschiedlichen Wechselrichtertopologien und Regelverfahren nachvollzogen.