Reduktion der Drehmomentwelligkeit und sensorloser Betrieb einer geschalteten Reluktanzmaschine

Bei geschalteten Reluktanzmotoren ist besonders die Welligkeit des Drehmomentverlaufs problematisch. Mit einem Simulationsprogramm werden zunächst unterschiedliche Statorstrukturen untersucht mit dem Ziel, diese Welligkeit zu reduzieren. Erreicht wird das durch eine Motorgeometrie, bestehend im Wesentlichen aus einem Versatzkonzept, bei dem die bestromten Statorelemente auf der Umfangslinie in bestimmtem Abstand zueinander versetzt angeordnet sind. Diese Motorgeometrie ist darüber hinaus einfach zu fertigen. Der Bau eines aus diesen Ergebnissen resultierenden Prototyps und eines Umrichters zum Ansteuern des Motors wird erläutert sowie ein Rechenalgorithmus zur Beschreibung der Geometriegestaltung erstellt. ... mehrDie Umsetzung beider Arbeitsschwerpunkte schließt die Themengebiete „Reduktion der Momentenwelligkeit, durch das geometrische Design eines SRM“ und „Sensorlose Positionsbestimmung eines SRM“ ein. Beide Ziele können mit der vorgestellten Hardware erreicht werden. Zur Positionsbestimmung der Rotorlage wird die Stromform der aktiven Phase analysiert und in Abgrenzung zu bekannten Verfahren die Stromabfallzeit während des Freilaufs verwendet. Die Ansteuerung des Umrichters enthält sowohl die Stromregelung der Motorwicklung als auch die Software zur Lageerkennung ohne zusätzliche Hardwarebausteine. Das vorgestellte Verfahren wird mit einem Prototyp einschließlich mitentwickeltem Umrichter auf einem Prüfstand untersucht. Der Motor wird auch unter Last gefahren, um das Versatzkonzept aus der Simulation heraus zu verifizieren und es dabei zu bestätigen. Die Messauswertung im sensorlosen Betrieb im Vergleich zum Geber bestätigt für den Motor mit und ohne versetzte Statorsegmente, dass beide oben genannten Ziele erfüllt werden können.

In switched reluctance motors, the ripple of the torque curve is particularly problematic. A simulation program is first used to investigate different stator structures with the aim of reducing this ripple. This is achieved by a motor geometry consisting essentially of an offset concept in which the energized stator elements are arranged at a certain distance from one another on the circumferential line. This motor geometry is also easy to manufacture. The construction of a prototype resulting from these results and of an inverter to drive the motor is explained, and a computational algorithm to describe the geometry design is created. ... mehrThe realization of both work focuses includes the topics “Reduction of the torque ripple by the geometrical design of an SRM” and “Sensorless position determination of the rotor of an SRM”. Both goals can be achieved with the presented hardware. To determine the position of the rotor, the current shape of the active phase is analyzed and, in contrast to known methods, the current decay time during freewheeling is used. The control of the inverter contains both the current control of the motor winding and the software for position detection without additional hardware components. The presented method is investigated with a prototype including a co-developed inverter on a test bench. The motor is also run under load to verify the misalignment concept from the simulation and confirm it in the process. The measurement evaluation in sensorless operation compared with encoder confirms for the motor with and without offset stator segments that both above objectives can be met.