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März 2016
Christian Nemec
Leistungselektronische Nachbildung von Drehstrommaschinen mit variablem induktiven Verhalten
Bei der Entwicklung und der Erprobung der Antriebswechselrichter von elektrischen Kraftfahrzeug-Traktionsantrieben mit Drehstrommaschinen kommt neben herkömmlichen Prüfständen mit rotierenden Aufbauten immer häufiger das Prüfkonzept mit einem Maschinenemulator zum Einsatz. Dieser Emulator bildet dabei an seinen Klemmen das Verhalten der elektrischen Maschine mittels eines leistungselektronischen Stellglieds mit realen Strömen gegenüber dem zu testenden Wechselrichter nach und hat dadurch vielerlei Vorteile gegenüber herkömmlichen Maschinenprüfständen.
In der vorliegenden Arbeit wird aufgezeigt, wie mit einem Maschinenemulator Drehstrommaschinen mit variablem induktiven Verhalten nachbildet werden können.
Dafür wird eine mehrphasige, phasenverschoben angesteuerte Wechselrichtertopologie als leistungselektronisches Stellglied des Emulators verwendet, um sehr dynamisch auf Spannungspulse des zu testenden Wechselrichters mit einem geregelten Stromverlauf reagieren zu können. Die Konfiguration und Auslegung der notwendigen Drosseln zur Kopplung der Teilphasen wird ebenso wie eine geeignete Regelung für die Emulatorströme vorgestellt. Die Betrachtung unterschiedlicher Modulationsverfahren für den Emulator-Wechselrichter führt zu einem optimierten Modulationsverfahren, welches die Auswirkungen des schaltenden Verhaltens des Emulators auf die nachgebildeten Maschinenströme minimiert. Mit einem Demonstrator wird eine reale Drehstrommaschine eines KFZ-Fahrantriebs gegenüber dem Antriebswechselrichter emuliert. Deren variables induktives Verhalten wird durch die zuvor genannten Betrachtungen so gut nachgebildet, dass eine geberfreie Bestimmung des durch den Emulator nachgebildeten Rotorlagewinkels durch den zu testenden Wechselrichter aus dem Stillstand heraus ermöglicht wird.
In der vorliegenden Arbeit wird aufgezeigt, wie mit einem Maschinenemulator Drehstrommaschinen mit variablem induktiven Verhalten nachbildet werden können.
Dafür wird eine mehrphasige, phasenverschoben angesteuerte Wechselrichtertopologie als leistungselektronisches Stellglied des Emulators verwendet, um sehr dynamisch auf Spannungspulse des zu testenden Wechselrichters mit einem geregelten Stromverlauf reagieren zu können. Die Konfiguration und Auslegung der notwendigen Drosseln zur Kopplung der Teilphasen wird ebenso wie eine geeignete Regelung für die Emulatorströme vorgestellt. Die Betrachtung unterschiedlicher Modulationsverfahren für den Emulator-Wechselrichter führt zu einem optimierten Modulationsverfahren, welches die Auswirkungen des schaltenden Verhaltens des Emulators auf die nachgebildeten Maschinenströme minimiert. Mit einem Demonstrator wird eine reale Drehstrommaschine eines KFZ-Fahrantriebs gegenüber dem Antriebswechselrichter emuliert. Deren variables induktives Verhalten wird durch die zuvor genannten Betrachtungen so gut nachgebildet, dass eine geberfreie Bestimmung des durch den Emulator nachgebildeten Rotorlagewinkels durch den zu testenden Wechselrichter aus dem Stillstand heraus ermöglicht wird.
Schlagwörter: Maschinenemulator; Drehstrommaschine; Leistungselektronik; Regelungstechnik; Modulationsverfahren
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