Injektion raumzeigerzerlegter Stromharmonischer zur Minderung tonaler Geräuschanteile in asymmetrisch sechsphasigen Permanentmagnetsynchronmaschinen

• Vector space decomposed current injection to mitigate tonal noise components in asymmetrical six phase permanent magnet machines

Hollstegge, Philipp; de Doncker, Rik W. (Thesis advisor); Doppelbauer, Martin (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge des ISEA 157
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

Wenngleich die Geräuschemission von elektrischen Antriebssträngen geringer ausfällt als von verbrennungsmotorischen Antrieben, so ist das Geräuschspektrum dominiert von wenigen tonalen Anteilen. Diese können einen negativen Einfluss auf den Klang und damit auf den Komfort im Fahrzeuginnenraum bewirken. Es ist bekannt, dass Stromharmonische einen Einfluss auf das Noise Vibration Harshness (NVH)-Verhalten ausüben. Deren Regelung ist allerdings aufgrund von Spannungsreserven auf niedrige Drehzahlbereiche beschränkt. Die Eigenfrequenz der geräuschkritischen Atmungsmode befindet sich jedoch häufig in einem Drehzahlbereich zu Beginn des Feldschwächebereichs, wobei neben der geringen Spannungsreserve auch die Rotorschrägung an Effektivität verliert. Diese Arbeit liefert einen Beitrag, wie dieser Drehzahlbereich für die sechsphasige Permanentmagnetsynchronmaschine mit 30° Phasenversatz, im Folgenden asymmetrische Sechsphasenmaschine genannt, NVH-optimiert angesteuert werden kann. Die asymmetrische Sechsphasenmaschine bietet Vorteile in der Regelung von Stromharmonischen. Topologiebedingt wirkt diesen eine geringe Impedanz entgegen, sodass größere Wertebereiche für die NVH-optimierte Ansteuerung auch im Feldschwächebereich dargestellt werden können. Durch die Anwendung der Vector Space Decomposition (VSD) sind die in Untervektorräume transformierten elektrischen Größen von der Grundschwingung entkoppelt regelbar und können hinsichtlich der tonalen Geräuschreduzierung genutzt werden. Die Maschine wird in konzentrischen Parametern modelliert und in der Ausbildung der Stromharmonischen mit Messungen verglichen. Die radiale Kraftentwicklung ist über den analytischen Wicklungsfunktionsansatz hergeleitet, dreisträngigen Maschinentopologien gegenübergestellt und die Einwirkung der Stromharmonischen auf die geräuschkritische Kraftatmungsmode aufgezeigt. Zur Regelung der Stromharmonischen wird die VSD-Regelung verwendet, mit aktuellen Veröffentlichungen verglichen und hinsichtlich der Balancierung der Strangströme adaptiert. Es werden auf einer statistischen Versuchsplanung basierend FEM-Simulationen durchgeführt, um in anschließenden Regressionskurven die optimalen Amplituden und Phasen der Stromharmonischen zu ermitteln. Diese Optima werden an einem E-Maschinen-Akustikprüfstand der Mercedes-Benz AG an einem 250 kW Prüfling verifiziert. So kann eine Minderung von 22 dB in der relevanten Ordnung im Schalldruckpegel durch die Injektion von Stromharmonischen nachgewiesen werden. Im Rahmen der Prüfstands-Charakterisierung werden NVH-optimale Spannungsvorsteuertabellen für den drehzahlvariablen Betrieb ermittelt und diese in den Kriterien Wirkungsgradminderung und Arbeitspunktverschiebung durch ein zusätzliches konstantes Oberwellenmoment bewertet. Zudem wird das Potenzial der Injektion in einem geschrägten und ungeschrägten Rotoraufbau miteinander verglichen.