Holdings: Untersuchung des Verlustverhaltens eines geregelten und mit optimierten Pulsmustern gespeisten Hochgeschwindigkeits-Antriebssystems

Untersuchung des Verlustverhaltens eines geregelten und mit optimierten Pulsmustern gespeisten Hochgeschwindigkeits-Antriebssystems:

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Bibliographic Details
Main Author:	Peter, Klaus 1985- (Author)
Format:	Thesis Book
Language:	German
Published:	Düren Shaker 2019
Series:	Berichte aus dem Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik Band 9
Subjects:	Dauermagneterregte Synchronmaschine Verlustleistung Mehrpunktwechselrichter Hochgeschwindigkeit Impulsform Antriebsregelung Elektroantrieb Pulsdauermodulation Winkelmodulation Partikel-Schwarm-Optimierung Hochgeschwindigkeitsantriebe Pulsmusteroptimierung Verlustmanagement Hochschulschrift
Online Access:	Inhaltsverzeichnis
Physical Description:	X, 248 Seiten Illustrationen 21 cm x 14.8 cm, 393 g
ISBN:	9783844070972 3844070974

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS VORWORT ........................................................................................................... I KURZFASSUNG ................................................................................................. III ABSTRACT ......................................................................................................... IV INHALTSVERZEICHNIS .......................................................................................... V 1 EINLEITUNG ................................................................................................ 1 1.1 ZIELSETZUNGEN UND TECHNISCHE FRAGESTELLUNGEN .................................................. 1 1.2 AUFBAU DER ARBEIT ................................................................................................ 3 2 ELEKTRISCHES HOCHGESCHWINDIGKEITS-ANTRIEBSSYSTEM ........................ 5 2.1 HOCHGESCHWINDIGKEITSMASCHINEN ....................................................................... 6 2.2 LEISTUNGSELEKTRONISCHES SYSTEM ......................................................................... 8 2.2.1 NETZGLEICHRICHTER UND SPANNUNGSZWISCHENKREIS .................................. 9 2.2.2 WECHSELRICHTER UND HALBLEITERBAUELEMENTE ........................................... 9 2.2.3 MOTORFILTER ............................................................................................ 11 2.2.4 SENSORIK UND TREIBER ............................................................................. 12 2.3 ANTRIEBSREGELUNG ................................................................................................ 12 2.3.1 RELEVANTE REGELVERFAHREN ...................................................................... 13 2.3.2 GENERIERUNG DER MOTORSPEISENDEN WECHSELSPANNUNG ....................... 15 2.4 ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................................. 16 3 MODELLIERUNG DER REGELSTRECKE .......................................................... 17 3.1 PERMANENTMAGNETERREGTE SYNCHRONMASCHINE ................................................. 18 3.1.1 DREIPHASIGES MASCHINENMODELL ............................................................ 18 3.1.2 TRANSFORMATION INS ROTORFESTE KOORDINATENSYSTEM .............................. 20 3.1.3 NICHTLINEARE EIGENSCHAFTEN ................................................................... 23 3.1.4 MECHANIK ............................................................................................... 24 3.1.5 THD UND VERLUSTLEISTUNG DER PMSM ................................................... 26 VI. INHALTSVERZEICHNIS 3.1.6 SIGNALFLUSSPLAN DER SPMSM ................................................................. 29 3.2 DREIPHASIGES LC-FILTER ...................................................................................... 29 3.2.1 DREIPHASIGE SCHALTUNG ........................................................................... 30 3.2.2 TRANSFORMATION INS ROTORFESTE KOORDINATENSYSTEM .............................. 30 3.2.3 DREIECK-STEM-UMWANDLUNG ................................................................. 32 3.2.4 NICHTLINEARE EIGENSCHAFTEN ................................................................... 32 3.2.5 VERLUSTLEISTUNG DES LC-FILTERS .............................................................. 33 3.2.6 SIGNALFLUSSPLAN DES LC-FILTERS ............................................................. 34 3.3 WECHSELRICHTER .................................................................................................... 37 3.3.1 HALBLEITERBAUELEMENTE ........................................................................... 37 3.3.2 2-PUNKT-W ECHSELRICHTER ........................................................................ 40 3.3.3 3-PUNKT-WECHSELRICHTER ......................................................................... 43 3.3.4 THD UND VERLUSTLEISTUNG DES WECHSELRICHTERS ................................... 46 3.3.5 SIGNALFLUSSPLAN DES WECHSELRICHTERS ....................................................49 3.4 ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................................. 50 4 REGELUNG DES ANTRIEBSSYSTEMS ........................................................... 51 4.1 STROMREGELUNG OHNE WECHSELRICHTERAUSGANGSSEITIGES LC-FILTER ..................... 53 4.1.1 ANALYSE DER REGELSTRECKE ...................................................................... 53 4.1.2 FELDORIENTIERTE REGELUNG NACH DEM BETRAGSOPTIMUM ......................... 57 4.1.3 MODELLBASIERTE REGLERSTRUKTUR .............................................................. 68 4.1.4 STABILITAETSANALYSE .................................................................................. 72 4.1.5 VALIDATION MITTELS SIMULATION ............................................................... 78 4.2 STROMREGELUNG MIT WECHSELRICHTERAUSGANGSSEITIGEM LC-FILTER ...................... 80 4.2.1 ANALYSE DER REGELSTRECKE ..................................................................... 81 4.2.2 REDUKTION DER SYSTEMORDNUNG ............................................................. 84 4.2.3 ANPASSUNG DER MODELLBASIERTEN REGLERSTRUKTUR ................................... 90 4.2.4 VALIDATION MITTELS SIMULATION ............................................................... 92 4.2.5 UMRECHNUNG DER MOTORSTROEME IN FILTERSTROEME ..................................... 94 4.3 ENTWURF DER DREHZAHLREGELUNG .......................................................................... 96 4.3.1 AUSLEGUNG DES DREHZAHLREGLERS NACH SYMMETRISCHEM OPTIMUM ..... 98 VII 4.3.2 FELDSCHWAECHUNG .................................................................................. 100 4.3.3 SOLLSTROMBEGRENZUNG ........................................................................... 102 4.3.4 PHASENREGELSCHLEIFE ............................................................................. 106 4.3.5 VALIDATION MITTELS SIMULATION .............................................................. 106 4.4 ZUSAMMENFASSUNG .......................................................................................... 108 5 INTEGRATION DES MODULATORS .............................................................. 109 5.1 GRUNDLAGEN DER DREIECKSMODULIERTEN PWM ................................................... 111 5.1.1 FUNKTIONSWEISE UND KENNGROESSEN ....................................................... 111 5.1.2 DREIECKSMODULATION FUER 2-PUNKT-WECHSELRICHTER ............................... 112 5.1.3 DREIECKSMODULATION FUER 3 -PUNKT-WECHSELRICHTER ............................... 119 5.2 SYNCHRONISATIONSSTRUKTUR ................................................................................. 122 5.3 MODULATOR ......................................................................................................... 126 5.4 VALIDATION MITTELS SIMULATION .......................................................................... 128 5.5 ZUSAMMENFASSUNG ........................................................................................... 130 6 PULSMUSTEROPTIMIERUNG .................................................................... 131 6.1 PULSMUSTERFORMEN ............................................................................................ 132 6.1.1 VIERTELSCHWINGUNGSSYMMETRISCHE PULSMUSTER ................................... 132 6.1.2 HALBSCHWINGUNGSSYMMETRISCHE PULSMUSTER ...................................... 133 6.2 OPTIMIERUNGSVERFAHREN .................................................................................... 135 6.2.1 DIE KLASSISCHE PARTIKEL-SCHWARM-OPTIMIERUNG .................................. 135 6.2.2 DIE WINKELMODULIERTE PARTIKEL-SCHWARM-OPTIMIERUNG ..................... 137 6.3 VERWENDUNG DER AMPSO ZUR OPTIMIERUNG VON PULSMUSTERN ...................... 138 6.3.1 BILDUNG UND KONDITIONIERUNG ............................................................. 138 6.3.2 EVALUATION ANHAND RELEVANTER GUETEFUNKTIONEN ................................... 140 6.3.3 FLUSSDIAGRAMM DER AMPSO FUER EINZELNEN AUSSTEUERUNGSGRAD ...... 141 6.3.4 EIN ILLUSTRIERTES BEISPIEL ...................................................................... 142 6.4 GENERIERUNG VOLLSTAENDIGER SCHALTWINKEL-KENNLINIENSAETZE ............................ 143 6.4.1 FLUSSDIAGRAMM ZUR KENNLINIENGENERIERUNG ........................................ 143 6.4.2 OPTIMIERTE KENNLINIENSAETZE FUER 2-PUNKT-WECHSELRICHTER .................. 145 6.4.3 OPTIMIERTE KENNLINIENSAETZE FUER 3-PUNKT-WECHSELRICHTER .................. 149 VIII INHALTSVERZEICHNIS 6.5 ERWEITERUNG DES MODULATORS ............................................................................ 152 6.6 VALIDATION MITTELS SIMULATION .......................................................................... 154 6.6.1 UMSCHALTUNG VON STPWM AUF 2L-QWS-NP7-SHE* .......................... 155 6.6.2 UMSCHALTUNG VON STPWM AUF 2L-HWS-NP7-SHE ........................... 157 6.6.3 UMSCHALTUNG VON STPWM AUF 3L-QWS-NP6-SHE ........................... 159 6.7 ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................................ 162 7 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE ................................................................ 163 7.1 LASTSTAND ........................................................................................................... 163 7.2 UNTERSUCHTE PULSMUSTER .................................................................................... 164 7.3 MESSERGEBNISSE ................................................................................................. 166 7.4 BESONDERHEITEN ................................................................................................. 169 7.5 ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................................ 170 8 WECHSELRICHTER-VERLUSTMANAGEMENT ............................................... 173 8.1 PATTEM-SEARCH-ALGORITHMUS ............................................................................ 175 8.2 TEILANALYTISCHE SCHALTWINKELBERECHNUNG ........................................................ 177 8.3 EVALUATION DER TESTMUSTER .............................................................................. 180 8.4 ERWEITERUNG DER SCHALTWINKELAUSGABE ............................................................. 181 8.5 VALIDATION MITTELS SIMULATION .......................................................................... 182 8.5.1 MINIMIERUNG DER STROMVERZERRUNG ...................................................... 182 8.5.2 MINIMIERUNG DER SCHALTVERLUSTE .......................................................... 185 8.6 ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................................ 186 9 FAZIT UND AUSBLICK .............................................................................. 187 9.1 ERARBEITETE SYSTEMLOESUNG UND ERZIELTE ERGEBNISSE ......................................... 187 9.2 WEITERFUEHRENDE ARBEITEN ................................................................................. 188 A ANHANG .................................................................................................. 189 A. 1 UEBERFUEHRUNG VON SYSTEMGLEICHUNGEN VOM ABC- INS ^-SYSTEM ................... 189 A.1.1 PM-SYNCHRONMASCHINE MIT OBERFLAECHENMAGNETEN ....................... 189 A. 1.2 DREIPHASIGES LC-FILTER .................................................................... 193 A.2 ANALYTISCHE BERECHNUNG DER WECHSELRICHTERVERLUSTLEISTUNG ......................... 199 A.2.1 DURCHLASSVERLUSTE DES 2-PUNKT-WECHSELRICHTERS ........................... 199 JX A.2.2 SCHALTVERLUSTE DES 2 -PUNKT-WECHSELRICHTERS ................................. 201 A.3 SYSTEMTHEORETISCHE BESCHREIBUNG DER REGELSTRECKE ..................................... 202 A.3.1 TEILUEBERTRAGUNGSFUNKTION G SDDCO ................................................... 202 A.3.2 TEILUEBERTRAGUNGSFUNKTION G SQ D(S) ................................................... 204 A.3.3 TEILUEBERTRAGUNGSFUNKTION G SVP D(S) ................................................. 207 A.3.4 TEILUEBERTRAGUNGSFUNKTION G S D Q (S) ................................................... 209 A.3.5 TEILUEBERTRAGUNGSFUNKTION G SQQ (S) ................................................... 210 A.3.6 TEILUEBERTRAGUNGSFUNKTION G SVPQ (S) ................................................. 211 A.4 ZEITDISKRETE UEBERTRAGUNGSFUNKTIONEN WICHTIGER ELEMENTE ............................ 214 A.4. 1 ZEITDISKRETE UEBERTRAGUNGSFUNKTION DES P-TI -GLIEDS ......................214 A.4.2 ZEITDISKRETE UEBERTRAGUNGSFUNKTION DES I-GLIEDS ............................ 215 A.4.3 ZEITDISKRETE UEBERTRAGUNGSFUNKTON DES PI-GLIEDS ...........................216 A.5 PULSMUSTERFORMEN ............................................................................................ 218 A.5. 1 PULSMUSTERFORMEN FUER 2-PUNKT-WECHSELRICHTER .............................. 218 A.5.2 PULSMUSTERFORMEN FUER 3-PUNKT-WECHSELRICHTER .............................. 218 A.6 LASTSTANDS-KOMPONENTEN ................................................................................219 A.6. 1 PERMANENTMAGNETERREGTE SYNCHRONMASCHINE ................................. 219 A.6.2 LC-FILTER ...........................................................................................220 A.6.3 WECHSELRICHTER UND BAUELEMENTE .................................................... 221 A.7 LOESUNG QUARTAERER POLYNOME MITTELS DER GALOIS-THEORIE ............................... 223 A.7. 1 GRUNDLAGEN DER GALOIS-THEORIE ....................................................... 223 A.7.2 LOESUNG DER QUADRATISCHEN GLEICHUNG ..............................................224 A.7.3 LOESUNG DER KUBISCHEN GLEICHUNG .................................................... 225 A.7.4 LOESUNG DER QUARTAEREN GLEICHUNG ..................................................... 228 F FORMEL- UND ABKUERZUNGSVERZEICHNIS .............................................. 231 F. 1 VERWENDETE FORMELZEICHEN ........................................................................... 231 F.2 VARIABIENSCHREIBWEISEN UND MATHEMATISCHE OPERATOREN ............................. 239 F.3 MATRIZEN .......................................................................................................... 239 F.4 CHEMISCHE ELEMENTE UND VERBINDUNGEN ......................................................240 F.5 ABKUERZUNGEN UND AKRONYME ........................................................................ 240 X INHALTSVERZEICHNIS LITERATURVERZEICHNIS .................................................................................. 243 LEBENSLAUF .................................................................................................. 248
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