Unter den elektrischen Drehfeldmaschinen hat die permanentmagneterregte Synchronmaschine (PMSM) in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Insbesondere in der Elektromobilität und im Bereich der regenerativen Energien konnte sich die PMSM aufgrund ihrer prinzpbedingt hohen Drehmomentdichte und ihres hohen Wirkungsgrades durchsetzen. Bei den genannten Anwendungen werden PMSM in einem weiten Drehzahl- und Leistungsbereich betrieben. Im Gegensatz zu Kraftwerksantrieben und großen Industriemotoren, welche oft den Großteil der Zeit in einem Betriebspunkt, dem Bemessungspunkt, oder einigen wenigen Betriebspunkten gefahren werden, stellen die Elektromobilität und Windkraft andere Anforderungen an das Antriebssystem. Die Elektromobilität stellt eine besondere Herausforderung dar, da hier ein Betrieb vom Stillstand bis über 10.000 1/min möglich sein soll. Der Motor bzw. das gesamte Antriebssystem müssen dabei zur Maximierung der Reichweite des Fahrzeugs im gesamten relevanten Drehmoment-Drehzahl-Bereich möglichst effizient betrieben werden. In diesem Beitrag werden drei Regelungsverfahren - Maximales Moment pro Ampere (MMPA), feldorientierte Regelung (FOR) und wirkungsgradoptimierter Betrieb - einander in Bezug auf das Betriebsverhalten und den Wirkungsgrad gegenübergestellt. Die hier exemplarisch untersuchte 8-polige Maschine mit vergrabenen NdFeB-Magneten stellt einen typischen Traktionsantrieb dar. In diesem Kontext wird ein neu entwickeltes, kombiniert numerisch-analytisches Verfahren zur zeitoptimierten Berechnung von Drehmoment-Drehzahl-Kennfeldern (M-n-Kennfeldern) von PMSM vorgestellt.
Amongst A.C. machines, the permanent magnet synchronous machine (PMSM) has gained in importance over the last few years. Especially as traction drive for electric vehicles and for regenerative energies PMSM are preferable due to their high efficiency and torque density. In the applications mentioned, PMSMs operate in a wide power and speed range. Compared to motors for power stations and big industry motors that operate often close to the rated point or at a few discrete operating points, traction drives for electric vehicles and for wind-energy have other specifications. Traction drives are a special challenge because they are used in a speed range from standstill up to over 10.000 rpm. The motor respectively the whole drive system should have an optimal efficiency in the relevant torque-speed-area to increase the range of the vehicle. This article describes three control modes and explains their influence to the torque-speed-characteristic and the efficiency map. The three considered control modes are: maximum torque per ampere (MTPA), field oriented control (FOC) and efficiency optimized operation. The investigated machine has eight poles and buried NdFeB magnets. It represents a typical traction motor for electric vehicles. A main aspect of this article is the implementation of a new developed combined analytical-numerical prediction method for time-saving calculation of torque-speed characteristics of PMSM.
Einfluss unterschiedlicher Regelungsstrategien auf das Betriebsverhalten und den Wirkungsgrad von permanentmagneterregten Synchronmaschinen
Influence of Different Control Modes on the Performance and Efficiency of Permanent Magnet Synchronous Machines
2013
7 Seiten, 17 Bilder, 7 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
Dauermagnetmotor , Elektromobilität , Synchronmaschine , Betriebspunkt , Industriemotor , regenerative Energie , Drehzahlbereich , Stillstand , Antriebssystem , Regelungsstrategie , Leistungsbereich , Regelungsverfahren , Kraftwerk , Kennfeld , Traktionsmotor , Elektrofahrzeug , Permanentmagnet , numerische Methode
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