Differential electromagnetic saliency of a permanent magnet synchronous machine with concentrated winding and a short-circuited rotor winding
Final Report Abstract
Im Rahmen der Forschungstätigkeit der vergangenen drei Jahre konnte ein Großteil der beantragten Arbeitspakete abgearbeitet werden. Die Forschung um das Themengebiet „kurzgeschlossene Rotorwicklungen zur Verbesserung der Eigenschaften elektrischer Maschinen für die lagegeberlose Regelung“ wurde vorangetrieben. Zunächst wurde die Flussdichteverteilung des HF-Signals in einem laminierten Rotorjoch untersucht. Es konnte hierbei ein magnetischer Skin-Effekt detektiert werden, welche jedoch von den durch den Stromarbeitspunkt und die Permanentmagnete hervorgerufenen Sättigungserscheinungen überwogen wird. Die ermittelte Zunahme des differentiellen Widerstands und die Abnahme der Induktivität lässt sich durch eine zusätzliche, virtuelle Kurzschlussspule modellieren. Als Ergebnis dieses Arbeitspakets konnte festgestellt werden, dass die bisherige analytische Modellierung korrekt ist, jedoch eine Erweiterung um besagte Spule notwendig ist. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde nun ein Spulenmodell für eine dreisträngige Maschine entwickelt, anhand dessen die Weiten und Positionen der kurzgeschlossenen Rotorwicklungen auf Basis der Rotorlageabhängigkeit optimiert wurden. Nach der Fertigung eines Versuchsaufbaus konnten die modellierten Ergebnisse messtechnisch verifiziert werden, wobei sich erneut die zusätzlichen virtuellen Wicklungen für die Nachbildung des Frequenzeinflusses als notwendig herausstellten. Um zusätzlich die Abhängigkeit vom Stromarbeitspunkt berücksichtigen zu können, wurde die Finite Elemente Methode angewandt, um mittels der Frozen Permeability Methode sowohl das Sättigungs- als auch das Frequenzverhalten der Maschine simulieren zu können. Auch dieses Vorgehen wurde messtechnisch verifiziert. Da die Leistungsfähigkeit der Methode kurzgeschlossener Rotorwicklungen auch für die Praxis evaluiert werden soll, wurde ein Prüfstand entworfen. Auf diesem werden zukünftig zwei Servoantriebe mit Oberflächenmagneten sowie vergrabenen Magneten inklusive kurzgeschlossener Rotorwicklungen untersucht. Noch offene Punkte werden in einem bereits bewilligten Forschungsvorhaben in den kommenden 18 Monaten untersuch.
Publications
- “Analysis and modelling of the measurable, electrical HF-quantities of an IPMSM and their dependencies,” in Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2016 19th International Conference
C. Hittinger, J. Graus, I. Hahn, and J. Wagner
- “Modeling of an IPMSM with Short-Circuited Rotor Winding for Sensorless Position Estimation by FEA Using the Frozen Permeability Method,” in IEEE, IECON 2017, 43rd Conference of Industrial Electronics Society, pp. 1–8
C. Hittinger and I. Hahn
(See online at https://doi.org/10.1109/IECON.2017.8216347) - “Modelling and examination of the influence of a short-circuited rotor winding for saliency tracking of a machine with a three-phase single-tooth winding,” in 2017 IEEE International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC): 21-24 May 2017, Miami, FL, USA, 2017, pp. 1–8
C. Hittinger, D. Thyroff, and I. Hahn
(See online at https://doi.org/10.1109/IEMDC.2017.8001994) - “Improved Sensorless Position Estimation of an IPMSM by Weighted Combination of Resistance- and Inductance-Based Saliency Tracking”, in International Conference on Electrical Machines and Systems, ICEMS 2018, Jeju, South Korea
C. Hittinger and I. Hahn
(See online at https://doi.org/10.23919/ICEMS.2018.8549437) - “Investigations on the Sensorless Position Estimation of an IPMSM with Short-Ciruited Rotor Windings”, in IEEE, INTERMAG 2018, Singapore
C. Hittinger, D. Thyroff, and I. Hahn
(See online at https://doi.org/10.1109/INTMAG.2018.8508781)
