Entwurf, Auslegung und Realisierung eines verlustoptimierten elektrischen Antriebs für Hybridfahrzeuge

Hybridfahrzeuge werden als Möglichkeit zur Reduktion des Energieverbrauchs und der Schadstoffemmision gesehen. Verbrauchsermittlung anhand der verschiedenen genormten Fahrzyklen ergeben tatsächlich Vorteile solcher Antriebe im Vergleich zu herkömmlichen Straßenfahrzeugantrieben. Tests unter realen Bedingungen zeigen jedoch, dass Hybridantriebe unter bestimmten Voraussetzungen keine Vorteile in Hinblick auf den Verbrauch haben oder sogar höhere Verbräuche und damit verbunden höhere Emissionen aufweisen. Die in Hybridfahrzeugantriebe eingesetzten elektrischen Maschinen sollen große Drehmomente bei kleinen Drehzahlen bzw. im Stillstand des Fahrzeugs produzieren und durch Feldschwächung in der Lage sein hohe Drehzahlbereiche bei reduzierter Leistung bzw. im Leerlauf zu erreichen. In der Mehrzahl werden in Hybridfahrzeugantrieben permanenterregte Synchronmaschinen (PMSM) verwendet. Diese Maschinen haben geringe Verluste und damit gute Wirkungsgrade in den erstgenannten Betriebspunkten. In der zweiten Betriebsart jedoch produzieren sie beträchtliche und unvermeidbare Verluste durch den für Feldschwächung benötigten Strom. In dieser Arbeit wird eine permanenterregte Synchronmaschine für Hybridfahrzeugantriebe untersucht bei deren Entwurf das Hauptaugenmerk auf der Fähigkeit zur Feldschwächung liegen soll. Diese verbesserte Feldschwächung soll vor allem zur Reduktion der Verluste im Teillast- und Leerlaufbereich (Schleppverluste) eingesetzt werden. Die PMSM wird durch ein spezielles Induktivitätsverhältnis Ld/Lq gekennzeichnet, das im Gegensatz zu den sonst üblichen Motoren in elektrischen Fahrzeugantrieben größer als Eins ist. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit auf diese Art ausgelegte Maschinen über weite Bereiche mit einem hohen Leistungsfaktor zu betreiben, was zu einer weiteren Reduktion der Verluste beiträgt. Die aktuell angewandte Strategie zur Regelung von PMSM geht davon aus, dass die Verluste im gesamten elektrischen Antriebsstrang genau dann minimal sind wenn ein Minimum für den Strom für ein gegebenes Moment eingestellt wird. Dies muss bei unsymmetrischen PMSM keinesfalls so sein, da speziell im Teillastbetrieb bei hohen Drehzahlen Ummagnetisierungsverluste eine wesentliche Rolle spielen. Daher wird eine Verlustanalyse durchgeführt um Punkte minimaler Verluste bei gefordertem Drehmoment und gegebener Drehzahl zu finden. Dies wird durch Berechnung der Verluste getrennt in Stator und Rotor durchgeführt. Mit Kenntnis dieser Punkte wird eine Regelungsstrategie entwickelt, die die PMSM immer verlustoptimiert ansteuert.

Author dc:creator

• Vollmer, Uwe

Advisor dc:contributor.advisor

• Schäfer, Uwe

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

de, German

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-37548
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3417

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/3714