Energieeffiziente Antriebsregelung für hochausgenutzte Drehstrommotoren in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen

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• Thomas Windisch

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Elektromotoren in Fahrzeugantrieben müssen kompakt aufgebaut sein, eine hohe Leistungsdichte bieten und möglichst energieeffizient arbeiten. Als Referenzfahrzeug dient in den Betrachtungen der Arbeit ein serieller Hybridbus, der im innerstädtischen Bereich verkehrt. Die Elektromaschine wird aus dem Gleichspannungs-Bordnetz durch einen Wechselrichter gespeist, dessen Software eine feldorientierte Regelung implementiert. Es werden permanenterregte Synchronmotoren mit vergrabenen Magneten, sowie Asynchronmotoren mit Käfigläufer betrachtet. Für diese beiden Motorentypen wird ein wirkungsgradoptimaler Betrieb in allen auftretenden Arbeitspunkten durch eine verbesserte Antriebsregelung angestrebt, damit der Energieverbrauch pro Wegstrecke minimiert wird. Aufgrund der hohen Ausnutzung und kompakten Bauform der Maschinen muss das nichtlineare Sättigungsverhalten berücksichtigt werden, welches mit Hilfe von FEM-Berechnungen ermittelt wird. Hinzu kommen die Verluste im Wechselrichter, die abhängig von den Stromkomponenten berechnet werden. Zusammen mit allen Abhängigkeiten wird in der Arbeit zunächst für beide Maschinen eine modellbasierte Verlustminimierung durchgeführt. Das Ergebnis sind Tabellen für die Strom- und Flussreferenzwerte in der Antriebsregelung, die drehmomentgenauen und energieoptimalen Betrieb gewährleisten. Weiterhin werden in der Arbeit für beide Antriebssysteme Online-Verfahren untersucht, die unter Variation des Stromwinkels den energetisch günstigsten Betriebspunkt selbstständig finden. Ein neues diskret arbeitendes Verfahren wird mit existierenden Verfahren verglichen, seine Vorteile aufgezeigt und am Prüfstand experimentell verifiziert. Die Konvergenzzeiten liegen für beide Antriebssysteme im vertretbaren Bereich bezüglich der Anwendung im Hybridbus.

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• Année de publication: 2018