MTPA-Regelung ("Maximum Torque per Ampere )

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1 Vorlesung Bewegungssteuerung urch geregelte elektrische Antriebe MTPA-Regelung ("Maximum Torque per Ampere ) Technische Universität München Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme un Leistungselektronik Prof. Dr.-Ing. Ralph Kennel

2 Drehmoment- un Leistungsverlauf einer elektrischen Maschine bei permanentmagneterregten Maschinen lässt sich eine Felschwächung urch Phasenverschiebung er Ströme gegenüber er Rotorposition erreichen Grunrehzahlbereich Felschwächbereich bei elektrische erregten Drehfelmaschinen (Asynchronmaschine oer elektrisch erregten Synchronmaschine) ist as einfacher über ie Reuktion er Erregung zu erzielen

3 Momentensteuerverfahren für alle Betriebsbereiche bei Käfigläufer-Asynchronmaschinen Für ie Drehmomentensteuerung/-regelung existieren unterschieliche Möglichkeiten, ie Felschwächung zur Optimierung zu nutzen. Constant Flux Control (CF) Maximum Torque per Ampere Control (MTPA) Maximum Ampere Control (MA) Maximum Torque per Flux Control (MTPF) häufig wir von MTPA (Maximum Torque per Ampere Control ) gesprochen, obwohl eines er aneren Konzepte gemeint ist oer eine Kombination von iesen

4 Constant Flux Control (CF) Die einfachste un meist angewante Variante ist en Fluss auf seinen konstanten Nennwert zu halten un amit en -Strom auf einen festen Wert zu regeln as ist ie normale felorientierte Regelung! Der (ohnehin langsamer zu regelne) -Strom ist konstant für ie Momentensteuerung wir nur er ynamischere q-strom beeinflusst. Die Steuerung/Regelung ist auf iese Art sehr einfach praktisch wie bei er Gleichstrommaschine. Da er Betrag es Flusses immer maximal ist, ist es einfacher en Betrag un vor allem en Winkel es Rotorflussraumzeigers, er für ie felorientierte Regelung benötigt wir, zu messen bzw. zu schätzen. Die elektrische Maschine kann mit Constant Flux Control (= Grunrehzahlbereich) nur bis zur Nenngeschwinigkeit betrieben weren

5 Constant Flux Control (CF) Asynchronmaschine Synchronmaschine M<0 q M>0 M<0 q M>0 maximaler Statorstrom r, N L PM L s M>0 M<0 M>0 M<0

6 Drehmoment- un Leistungsverlauf einer elektrischen Maschine unterhalb er Bemessungsrehzahl wir er Motor mit konstantem Felstrom betrieben Grunrehzahlbereich Felschwächbereich oberhalb er Bemessungsrehzahl wir er Motor mit maximaler Spannung betrieben

7 maximale Statorspannungsgrenze Constant Flux Control (CF) Asynchronmaschine Synchronmaschine M<0 q M>0 M<0 q M>0 maximaler Statorstrom beteigener Drehzahl er elektrischen Maschine verkleinert sich ie Ellipse M>0 r, N L PM L s ie Lage er Ellipse (vertikal oer horizontal) hängt bei Synchronmaschinen vom Verhältnis zwischen L s un L sq ab M<0 M>0 M<0

8 maximale Statorspannungsgrenze Asynchronmaschine Fiel Weakening Maximum Ampere Control (MA) Synchronmaschine q maximaler Statorstrom q r, N L PM L s

9 Maximum Torque per Ampere Control (MTPA) Nachteile geringerer Felstrom geringere Dynamik optimaler Felstrom stark arbeitspunktabhängig unterhalb er Bemessungsrehzahl wir er Motor mit konstantem Felstrom betrieben im Teillastbereich wir klar : er volle Felstrom wäre nicht notwenig as gleiche Drehmoment könnte auch mit einem Bruchteil es Felstroms eingestellt weren bei geringerem Gesamtstrom höherer Wirkungsgra Achtung!!! mit ieser Metoe weren tatsächlich nur ie ohm schen Verluste (in en Wicklungen etc.) minimiert

10 MTPA-Regelung optimaler Strom in Abhängigkeit von Felstrom un Last

11 MTPA-Regelung optimaler Felstrom in Abhängigkeit von er Last

12 Vergleich er Ströme bei unterschielichen Verhältnissen zwischen - un q-strom

13 Maximum Torque per Ampere Control (MTPA) Asynchronmaschine Synchronmaschine q konstantes Drehmoment q r, N L PM L s

14 Maximum Ampere Control (MA) CF (Constant Flux Control) un MTPA (Maximum Torque per Ampere Control) können nur verwenet weren, wenn ie notwenige Spannung nicht größer als ie Maximalspannung ist. Dann ist es sinnvoll, zunächst mit maximalem Statorstrom zu regeln aher heißt ieses Verfahren Maximum Ampere Control (MA). Das Fel urch ie zwangsläufige Verringerung es -Stroms geschwächt. Diese Vorgehensweise hat erneut en Vorteil, ass ie Referenz es -Strom nur langsam veränert wir, währen as Drehmoment mit em ynamischen q-strom eingestellt wir. (Dieses Verfahren könnte auch als Maximum Voltage Control (MV) bezeichnet weren, a er maximale Fluss eingestellt wir.)

15 maximale Statorspannungsgrenze Maximum Ampere Control (MA) Asynchronmaschine Synchronmaschine q konstantes Drehmoment q r, N L PM L s

16 Maximum Torque per Flux Control (MTPF) steigt ie Geschwinigkeit immer weiter an, ann wir ie Spannungsgrenze immer kleiner. Im Extremfall schneien sich (bei Asynchronmaschinen) Spannungs- un Stromgrenze auf er q-achse. Würe hier weiter MA verwenet, würe kein Fluss mehr generiert weren un amit kein Drehmoment mehr erzeugt weren. steigt ie Geschwinigkeit weiter, arf aufgrun er kleinen Spannungsgrenze kein MA mehr verwenet weren. Aus iesen Grünen wir bereits vor iesem Punkt as Maximum Torque per Flux-Verfahren (MTPF) verwenet. er Fluss wir so eingestellt, ass unter Einhaltung er Spannungsbegrenzung as abei maximal mögliche Drehmoment erreicht weren kann.

17 Maximum Torque per Flux Control (MTPF) Asynchronmaschine Synchronmaschine q konstantes Drehmoment q r, N L PM L s beteigener Drehzahl er elektrischen Maschine verkleinert sich ie Ellipse maximale Statorspannungsgrenze

18 Maximum Torque per Ampère MTPA bei Synchronmaschinen Kennlinien konstanten Drehmoments Grenzlinien/Bereiche er maximalen Spannung (abhängig von Drehzahl) Grenzlinie/Bereich es maximalen Stroms Kennlinie es maximalen Drehmoment/Strom-Verhältnisses

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