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Emulation elektrischer Maschinen mit exakter Nachbildung rippelbehafteter Phasenströme

Von:

Manuel Fischer

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Im Entwicklungsprozess von Antriebssystemen spielt das Testen des Gesamtsystems eine elementare Rolle. Die Funktionsprüfung des Antriebswechselrichters findet herkömmlicherweise auf einem Maschinenprüfstand statt. Alternativ können aber auch Power Hardware-in-the-Loop Maschinenemulatoren eingesetzt werden. Diese sind in der Lage, das Maschinenverhalten nachzubilden und weisen bei entsprechender Parametrierung das gleiche elektrische Verhalten an den Anschlussklemmen auf wie die zugehörige Prüflingsmaschine. Die vorliegende Arbeit hat die Emulation einer Kleinmaschine zum Ziel. Dafür wird der zu untersuchende Antriebswechselrichter über Koppeldrosseln mit einem leistungselektronischen Stellglied verbunden, welches definierte Gegenspannungen einstellt, damit sich möglichst dieselben Phasenströme einstellen, wie im Aufbau mit der realen Maschine. Die Berechnung der dafür benötigten Gegenspannungen wird in dieser Arbeit ausführlich hergeleitet. Das Verhalten der nachzubildenden Maschine wird zuvor durch ein echtzeitfähiges Maschinenmodell ermittelt. Vier verschiedene Topologien leistungselektronischer Stellglieder, welche jeweils ein unterschiedliches charakteristisches Schaltungskonzept verfolgen, werden zusammen mit ihrer Ansteuerung vorgestellt, in Hardware realisiert und als Emulator in Betrieb genommen. Abschließend werden diese leistungselektronischen Stellglieder messtechnisch miteinander verglichen und hinsichtlich ihrer Eignung zur Maschinenemulation bewertet.