Bibliographic Metadata
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- TitleErmittlung der Rotortemperatur einer Synchronmaschine mit eingebetteten Permanentmagneten für einen automobilen Traktionsantrieb mittels Beobachter basierend auf elektrischen Größen
- Author
- Examiner
- Published
- Institutional NotePaderborn, Univ., Diss., 2014
- AnnotationTag der Verteidigung: 07.11.2014
- Defended on2014-11-07
- LanguageGerman
- Document TypesDissertation (PhD)
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Zusammenfassung
Wesentliche Anforderungen an elektrische Traktionsantriebe in PKW sind ein hoher Wirkungsgrad, eine hohe Leistungsdichte sowohl bezüglich Bauraum als auch Gewicht und eine hohe Robustheit. Synchronmaschinen mit eingebetteten Permanentmagneten aus NdFeB erfüllen alle diese Kriterien und werden folglich speziell bei Hybridfahrzeugen sehr häufig eingesetzt. Aufgrund der bürstenlosen Technologie wird ihre Robustheit nur durch die Temperaturtragfähigkeit der Wicklungen und der Magnete begrenzt. Speziell die Magnettemperatur ist hier als kritisch zu bewerten, da Übertemperatur in den Magneten zu einem Ausfall der Maschine führen kann. Darüber hinaus ändert sich mit der Permanentmagnettemperatur auch die Drehmomentcharakteristik der Maschine, sodass eine Arbeitspunktsteuerung die Temperatur berücksichtigen muss, wenn der Antrieb Drehmomentvorgaben über den gesamten Betriebsbereich präzise umsetzen soll. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Auslegung eines weitgehend auf elektrischen Größen basierenden Beobachters für die Permanentmagnettemperatur. Der Beobachter zeichnet sich zum einen durch ein Zeitdiskretisierungsverfahren aus, das über den gesamten Drehzahlbereich numerisch stabil ist. Zum anderen ist der Beobachter in der Lage mit der typischerweise bei hoch ausgenutzten elektrischen Antrieben vorkommenden Sättigung umzugehen. Für diesen Zweck werden im Beobachter Kennfelder eingesetzt, die zuvor durch eine Vermessung der Maschine ermittelt werden. Weiterhin wurde im Laufe der Arbeit ein Verfahren zur Ermittlung der Klemmenspannungen der Maschine basierend auf -Modulatoren entwickelt und für den Beobachter eingesetzt. Speziell im Vergleich zu modellbasierten Ansätzen ist dieses Verfahren für Inbetriebnahmen und Laborarbeiten sehr gut geeignet.
Abstract
Main requirements on an electrical traction drive in passenger cars are a high efficiency, a high power density with respect to size as well as to weight and a high robustness. Synchronous machines with interior permanent magnets made of NdFeB fulfill all these criteria and consequently they are applied oftentimes especially in hybrid electrical vehicles. Due to their brushless technology their robustness is mainly limited by the temperature resistance capacity of the windings and the magnets. Especially the temperature of the permanent magnets has to be considered as critical, as over temperature of the magnets may lead to permanent failure of the machine. In addition the characteristics of the machine with respect to the generated torque varies with the permanent magnet temperature, requiring the operating point control to consider the temperature in order to ensure a precise torque generation over the whole operating range of the drive. This work deals with designing and dimensioning of an observer for the temperature of the permanent magnets located on the rotor. This observer is based mainly on electrical measures of the machine. On the one hand it is characterized by a time discretization scheme, which is numerically stable in the whole speed range of the machine. On the other hand it is able to handle saturation effects which often can be found in highly utilized machines. For this purpose characteristic curves are applied inside the observer, which are derived previously by a machine characterization measurement. Furthermore, during the development of the observer a method for measuring the voltage on the terminals of the machine based on modulation has been developed and used for operating the observer. In comparison to model based approaches this method turns out to yield good results, yet being faster and more flexible to be put into use.
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