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Bibliographic Metadata

Title
Experimentelle Identifikation eines thermischen Modells zur Überwachung kritischer Temperaturen in hochausgenutzten permanenterregten Synchronmotoren für automobile Traktionsanwendungen / von Dipl.-Ing. Tobias Huber ; Erster Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Joachim Böcker, Zweiter Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Dieter Gerling
AuthorHuber, Tobias
ParticipantsBöcker, Joachim ; Gerling, Dieter
PublishedPaderborn, 2016
Edition
Elektronische Ressource
Description1 Online-Ressource (xv, 221 Seiten) : Diagramme
Institutional NoteFakultät für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik der Universität Paderborn, Univ., Dissertation, 2016
Annotation
Tag der Verteidigung: 05.02.2016
Defended on2016-02-05
LanguageGerman
Document TypesDissertation (PhD)
URNurn:nbn:de:hbz:466:2-24332 
Files
Experimentelle Identifikation eines thermischen Modells zur Überwachung kritischer Temperaturen in hochausgenutzten permanenterregten Synchronmotoren für automobile Traktionsanwendungen [6.4 mb]
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Reference
Classification
Abstract (German)

Um thermisch bedingten Lebensdauerverkürzungen in elektrischen Antrieben von Automobilen vorzubeugen, ist eine zuverlässige Temperaturüberwachung von entscheidender Bedeutung. Bei permanenterregten Synchronmotoren ist üblicherweise die Überwachung der Magnettemperatur im Flussschwächbetrieb notwendig, um eine irreversible Entmagnetisierung zu verhindern. Um den Isolationslack nicht zu zerstören, darf außerdem die maximal zulässige Wicklungstemperatur- bzw. Wickelkopftemperatur nicht überschritten werden. Während die messtechnische Erfassung der Magnettemperatur auf dem Rotor sehr aufwendig und praktisch nicht in der Serie realisierbar ist, kann die Wickelkopftemperatur im Stator gemessen werden. Jedoch muss auch der Statorsensor in die Wicklung eingebracht werden und kann im Falle eines Defekts nicht ohne weiteres ausgetauscht werden.Vor diesem Hintergrund wird im Rahmen dieser Arbeit ein recheneffizientes thermisches Motormodell entwickelt, mit dessen Hilfe sich Temperaturen in den Permanentmagneten, in der Wicklung und im Wickelkopf präzise schätzen lassen. Die Eingänge des thermischen Modells entsprechen ausschließlich standardmäßig verfügbaren Messgrößen in der automobilen Zielhardware. Eine Modellstützung auf Basis messtechnisch ermittelter Temperaturgrößen im Stator oder Rotor ist nicht erforderlich. Die Modellparameter werden mittels einer Reihe aufeinander aufbauender lokaler Prüfstandsexperimente und unter Berücksichtigung einfacher theoretischer Zusammenhänge zum Wärmeaustausch im Motor identifiziert. Die Güte der Temperaturschätzung des identifizierten Modells wird auf Basis unterschiedlicher stationärer und transienter Lastprofile am Prüfstand validiert. Während ausgewählte Größen, wie beispielsweise die Kühlmitteltemperatur und

Abstract (English)

Monitoring critical temperatures in permanent magnet synchronous motors is crucial for preventing shortened motor life spans due to excessive thermal stress. While excessive magnet temperatures involve the risk of irreversible demagnetization when operating the motor in flux weakening mode, exceeding the thermal limits of the windings and end windings respectively can destroy the insulation varnish. While measuring the magnet temperature on the rotor is costly, sensitive and therefore not applicable in series production, winding and end winding temperatures can be obtained by means of temperature sensors. However, since these sensors need to be embedded into the winding hot spots, locations which are usually difficult to access, they cannot simply be replaced in case of sensor failures. Therefore, an accurate and computationally efficient thermal motor model for estimating temperatures in the magnets, windings and end windings is derived in this thesis. Except for measurements at the inlet of the cooling circuit and in the test cabin, the model relies solely on commonly available quantities in the automotive target hardware. In particular, no temperature measurements in the difficult to access stator or rotor core are necessary. The model parameters are identified based on a number of complementary local test bench experiments as well as constraints resulting from rather simple assumptions concerning the dominant heat flow mechanisms in the motor. The high performance of the identified thermal model is demonstrated by test bench results based on different transient and steady-state load profiles. While certain quantities, such as the coolant temperature and the DC-link voltage are assumed to be variable, the modulation degree of the inverter is set to a constantly high reference value when operating the motor in flux-weakening mode. In this context, a modulation/vo++