Hochdynamische Stromregelung für permanentmagneterregte Synchronmaschinen zur Nachbildung der Drehmomentprofile für verbrennungsmotorische Prüfstände

In der vorliegenden Arbeit wird ein neues hochdynamisches Stromregelverfahren für permanentmagneterregte Synchronmaschinen (PMSM) zur Nachbildung der Drehmomentprofile von Verbrennungsmotoren entwickelt und die analytische Berechnung der Verluste der Maschine vorgestellt. Zu Beginn werden der Anforderungen an Prüfstände in der Automobilindustrie zur Analyse des Antriebsstranges und seiner Komponenten untersucht. Dabei wird herausgestellt, dass die höchsten Anforderungen bei der Nachbildung der wirkenden Drehmomente bei den Zündimplusen von Verbrennungsmotoren auftreten. Aus diesen Drehmomentprofilen werden Sollwerte für die Stromregelung der E-Maschine zur Nachbildung des Drehmomentes des Verbrennungsmotors berechnet werden. Ausgehend von diesen Voruntersuchungen wird im ersten Schwerpunkt dieser Arbeit für den einzuprägenden Strom die neue Oberschwingungsregelung entwickelt. Das neue Stromregelverfahren kann mit wesentlich höherer Genauigkeit als bisher die hochdynamischen Drehmomentverläufe stellen. Die Oberschwingungsregelung wird ausführlich theoretisch analysiert und deren Funktion messtechnisch nachgewiesen. Im zweiten Schwerpunkt der Arbeit wird mit analytischen Berechnungsverfahren geklärt, welchen Einfluss die Stromrichtertopologie, Pulsfrequenz und Drehmomentoberschwingungen auf die Verluste von PMSM haben. Es werden analytische Berechnungen und Messungen durchgeführt und ausgewertet. Die Untersuchungen zeigen, dass durch den Einsatz des Neutral Point Clamped (NPC) 3-Level-Stromrichters in der Maschine die Verluste gegenüber der Verwendung eines klassischen 2-Level-Stromrichters deutlich sinken. Darüber hinaus lassen sich die Maschinenverluste mit steigender Pulsfrequenz des Stromrichters wesentlich reduzieren.