Regelung elektrischer Drehfeldmaschinen

Einleitung

Sowohl die klassischen Produktionsaufgaben in der Industrie (z.B. Metallverarbeitung) als auch die Herausforderungen der Automatisierung für die Energiewende (z.B. Elektrofahrzeuge und Windenergieanlagen) erfordern von einem Motor bzw. einem Generator einen breiten Bereich erreichbarer Drehmomente und Drehzahlen wegen der stark arbeitszyklus-, landschafts- oder wetterabhängigen Arbeitsbedingungen.  Dabei müssen häufig auch die Übergangsprozesse zwischen den stationären Betriebspunkten hochdynamisch und gleichzeitig genau durchgeführt werden.  Um die erforderliche Dynamik zu gewährleisten, werden die elektrischen Maschinen mit Umrichtern gespeist und mithilfe der in Umrichtern programmierten und über Sensoren geschlossenen Regelkreise geregelt. Die ausgewählte Reglerstruktur und -einstellung, die Genauigkeit der Parametervorgabe, die Empfindlichkeit der Sensoren sowie die Charakteristiken der Halbleiter im Umrichter bestimmen zusammen die Genauigkeit, die Zuverlässigkeit, den Wirkungsgrad und die Schnelligkeit des Antriebs.

Zielgruppe

Entwickler*innen elektrischer Antriebssysteme und elektrischer Maschinen.

Schwerpunkte

• Transiente Modelle einer permanentmagneterregten Synchronmaschine und einer Induktionsmaschine im dq- bzw. xy-Koordinatensystem: Konzept der mitrotierenden Koordinatensysteme, wichtigste Maschinenparameter und -zeitkonstanten, Grenzen der Anwendbarkeit durch Vernachlässigung elektromagnetischer Effekte zweiter Ordnung 
• Konstruktion und Funktionsweise des elektrischen Umrichters: Halbleiterverhalten, Kommutierungsvorgänge und -steuerung, Zwischenkreisspannung und Ausgangsspannung, Pulsweitenmodulation und Raumzeigermodulation
• Struktur des Antriebs mit der feldorientierten Regelung: Blockschaltbild mit Übertragungsfunktionen, Regler, Rückführungen von Sensoren, Nichtlinearitäten
• Einfluss der Reglerstruktur und -einstellung sowie der Sensoren auf die Gesamtdynamik des elektrischen Antriebs (Schnelligkeit, Stabilität, Schwingungsverhalten und Genauigkeit): PI/PID-Regler, Kaskadenregelung, Encoder und Resolver, geberlose Regelung und Beobachter, Reaktion auf die Änderung der Maschinenparameter (z.B. durch Temperatur) und die spontanen Anregungen (z.B. Fehlerfall) aus dem Netz oder aus der Mechanik 
• Überblick über andere (nicht umrichtergespeiste) Antriebs- und Regelungssysteme: elektronisch kommutierte Kleinmotoren, Steuerung der Schrittmotoren, Erregersystem eines Synchrongenerators    
   

Seminarziele

Im Seminar erhalten die Teilnehmer*innen die Kenntnisse über den Aufbau, die Funktionsweise und die wichtigsten Entwicklungskonzepte elektrischer Antriebssysteme mit Fokus auf umrichtergespeiste Induktionsmaschinen und permanentmagneterregte Synchronmaschinen mit feldorientierter Regelung. Alle Erläuterungen werden mit detaillierten Zeitverläufen – Ergebnissen transienter Simulationen – für Ströme, Spannungen, Drehzahlen und Drehmomente illustriert.

Referent/Referentin

Olga Korolova

ProFluxx GmbH
www.profluxx.com