Elektrische Antriebssyteme
PWM der Raumzeigermodulation
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Das Diagramm zeigt ein Oszillogramm mit dem zeitlichen Verlauf einer pulsweitenmodulierten Spannung (PWM) über einen Zeitraum von 25 Millisekunden.
- Achsen:
- Die X-Achse zeigt die Zeit in Millisekunden (ms) von 0,0 bis 25,0.
- Die Y-Achse zeigt die Spannung (U12) in Volt. Der sichtbare Bereich reicht etwa von -600 V bis +600 V.
- Signalverlauf (Blaue Kurve):
- Das Signal besteht aus einer dichten Abfolge vertikaler blauer Linien, was auf das schnelle Schalten der Leistungselektronik hindeutet.
- Das Signal wechselt blockweise die Polarität:
- 0 ms bis ca. 4 ms: Der Block liegt im negativen Bereich (ca. -500 V bis -600 V).
- ca. 4 ms bis ca. 14 ms: Der Block springt in den positiven Bereich (ca. +500 V bis +600 V).
- ca. 14 ms bis ca. 24 ms: Der Block springt zurück in den negativen Bereich.
- Innerhalb dieser Blöcke ist die variable Pulsbreite durch die Dichte der blauen Linien erkennbar. Dies ist charakteristisch für die Raumzeigermodulation, um eine sinusförmige Grundschwingung zu erzeugen.
Resultierender Strom der Raumzeigermodulation
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Oszilloskop-Aufnahme des Stromverlaufs. Eine rote, sinusähnliche Kurve zeigt den durch die PWM erzeugten Strom, überlagert von einer sichtbaren Welligkeit (Ripple) und vereinzelten Störspitzen.
Ausführliche Bildbeschreibung:
Das Diagramm zeigt den resultierenden elektrischen Strom, der durch die im vorigen Bild gezeigte Spannung hervorgerufen wird.
- Achsen:
- Die X-Achse ist identisch zum ersten Bild (Zeit in ms, 0,0 bis 25,0).
- Die Y-Achse zeigt die Stromstärke (Beschriftung schwer lesbar, vermutlich Ampere oder normiert), der Wertebereich schwankt grob zwischen -0,75 und +0,75 Einheiten.
- Signalverlauf (Rote Kurve):
- Der Strom folgt einem sinusförmigen Verlauf, was die Glättung der PWM-Spannung durch die Induktivität der Last (z. B. Motorwicklung) verdeutlicht.
- Phasenlage: Die Kurve schneidet den Nullpunkt bei ca. 4 ms (steigende Flanke), erreicht ihr positives Maximum bei ca. 12–13 ms und schneidet den Nullpunkt erneut bei ca. 21 ms (fallende Flanke). Dies korrespondiert mit den Schaltzeitpunkten des Spannungsbildes.
- Welligkeit (Ripple): Die rote Linie ist nicht glatt, sondern gezackt („sägezahnartig“). Diese Oberschwingungen entstehen durch die Taktfrequenz der Modulation.
Artefakte: In regelmäßigen Abständen sind schmale, vertikale Nadelimpulse nach unten zu sehen, bei denen es sich vermutlich um Messartefakte oder Störungen handelt.
Ansynchronmaschine
Ein Schwerpunkt im Fachgebiet Elektromobilität und Leistungselektronik (EMLE) sind Elektrische Antriebssysteme.
Das Leistungsspektrum der Antriebe liegt in dem Bereich von 0,5 kW bis 100 kW.
Hierbei wird von der Raumzeigerprogrammierung, dem Microcontroller und der Leistungselektronik bis hin zur der elektrische Maschine der Antrieb in seiner Gesamtheit betrachtet.
Die feldorientierten Regelungssysteme für die Asynchronmaschinen (ACIM) und permanenterregten Synchronmaschinen (PMSM) werden in Simulink simuliert und anschließend auf dem Mikrocontroller implementiert.
Auf Basis des mathematischen Motormodells werden Algorithmen für die sensorlose Regelung, die sogenannten Beobachter, untersucht und implementiert.
Der Einsatz von modernsten Mikrocontrollern mit den mathematischen Beschleunigungsmodulen wie CORDIC, ermöglicht die komplexen Berechnungen in Echtzeit.
Besonderes Augenmerk wird auf die Analyse, die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und die Filterung des Frequenzspektrums der Wechselrichter und Leistungselektronik gelegt.
