Optimierter sensorloser Betrieb von Synchron-Reluktanzmaschinen in Nutzfahrzeugen

Von:

Stefan Staudt

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Der Einsatz von Synchron-Reluktanzmaschinen (SynRM) hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung für elektrische Fahrantriebe gewonnen. Aufgrund des hohen Kostendrucks in der Elektromobilität stellt die SynRM eine attraktive Lösung zwischen der Asynchronmaschine (ASM) und der permanentmagneterregten Synchronmaschine (PSM) dar. Dazu wird in dieser Arbeit der Einsatz von Synchron-Reluktanzmaschinen als Traktionsantrieb in batteriebetriebenen Flurförderzeugen untersucht. Dabei wird unter Beibehaltung des Volumens und der geometrischen Form die bestehende Asynchronmaschine durch eine SynRM ersetzt. Im Vergleich zum bestehenden System soll der Wirkungsgrad des Antriebs, bei gleichzeitiger Reduzierung der Produktionskosten, erhöht werden. Um dies zu realisieren, wird der Aufbau eines Maschinenmodells mit verschiedenen Regelungsverfahren vorgestellt. Für einen wirkungsgradoptimalen Betrieb wird für jedes der beschriebenen Regelverfahren eine passende Methode zur Minimierung der Systemverluste entwickelt. Im Bereich der Feldschwächung werden zur Erhöhung des verfügbaren Drehmoments und des Gesamtwirkungsgrads die blockkommutierenden Verfahren der Dreifachflanken-Modulation (3F) und der Grundfrequenztaktung (GFT) eingesetzt. Zur weiteren Steigerungen der Robustheit und zur Kostensenkung wird für die feldorientierte Stromregelung (FOR) und für die GFT eine geberlose Positionserkennung entwickelt. Abschließend werden die erzielten Messergebnisse der SynRM im geberlosen Betrieb (FOR + GFT) mit dem Gesamtwirkungsgradkennfeld der ASM verglichen. Zur Validierung der Ergebnisse werden zusätzlich die thermischen Eigenschaften beider Maschinentypen gemessen und gegenübergestellt.