Feldorientierte Regelung der permanenterregten Synchronmaschine ohne Lagegeber für den gesamten Drehzahlbereich bis zum Stillstand

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der geberlosen, feldorientierten Regelung der permanenterregten Synchronmaschine mit oberflächenmontierten Magneten. Anhand der Grundlagen zur geberlosen Regelung erfolgt eine Klassifizierung der in der Literatur vorhandenen Verfahren zur Bestimmung des Rotorwinkels. Aus Sicht der Anforderungen für die Anwendung in kostengünstigen Industrieantrieben wurden zwei Verfahren ausgewählt, mit denen der gesamte Drehzahlbereich abgedeckt werden kann. Eines der Verfahren basiert auf der Integration der induzierten Spannung und wird für die Rotorwinkelbestimmung im oberen Drehzahlbereich benutzt. Bei niedriger Drehzahl und im Stillstand wird ein zweites Schätzverfahren verwendet, das auf der Einprägung eines Testsignals basiert. Beide Verfahren werden in einer einzigen Struktur kombiniert, so dass sich ein sanfterer Übergang zwischen den beiden Verfahren in Abhängigkeit von der Drehzahl ergibt. Schwerpunkt der Arbeit ist die praktische Umsetzung der Bestimmungsverfahren mittels eines kommerziell erhältlichen Umrichters, der über einen kostengünstigen 16-Bit Festkomma Digital Signalprozessor angesteuert wird. Für die bei der Rotorwinkelbestimmung mit dem Testsignal auftretenden Besonderheiten, wie z. B. die Notwendigkeit des digitalen Bandpassfilters, die Kompensation der Nichtlinearitäat des Wechselrichters und die Entkopplung des Testsignals von der Stromregelung, werden in dieser Arbeit theoretisch begründete und für die praktische Anwendung geeignete Lösungen vorgestellt. Wie durch die experimentellen Ergebnisse bewiesen wird, ermöglicht das vorgestellte Konzept der geberlosen Drehzahlregelung kostengünstige und kompaktere Antriebslösungen für den Einsatz in Industrieanwendungen aus dem Low-End-Bereich.