On-line Verfahren zur energieeffizienten Betriebsweise von hochausgenutzten elektrischen Antrieben

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wilfried Hofmann
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237766840

Hochausgenutzte elektrische Drehfeldmaschinen werden zusammen mit Frequenzumrichtern außer in stationären Industrieantrieben auch als Fahrzeugantriebe eingesetzt. Von hoher Bedeutung für die Senkung des Energieverbrauchs ist die Energieeffizienz des elektrischen Antriebs. Die Maschinen werden oft für ihren Nennbetrieb an einem festen Arbeitspunkt optimiert um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen. In vielen Industrieantrieben und besonders in Traktionsanwendungen werden sie jedoch ständig dynamisch betrieben. Somit hat der Arbeits- oder Fahrzyklus einen hohen Anteil an Teillast- und Überlastarbeitspunkten bei unterschiedlichen Drehzahlen. Um die Energiewandlung zwischen elektrischer und mechanischer Energie dennoch mit einem Minimum an Verlustenergie zu bewerkstelligen, muss die Antriebsregelung möglichst genau auf den zu regelnden Prozess und damit auf die elektrische Maschine angepasst werden.Die zur energieeffizienten Regelung nötigen Maschinenparameter hängen vom Maschinendesign ab und können vorab nur mit einer gewissen Unsicherheit bestimmt werden. Sie unterliegen außerdem Schwankungen während des Betriebes. Vor allem magnetische Sättigung im Eisenteil der Maschine und Erwärmung der Wicklungen und Magnete beeinflussen die Parameter. Diesen Abweichungen kann nur mit einem adaptiven Verfahren begegnet werden, das die Steuergrößen der Antriebsregelung während des Betriebes an die veränderten Bedingungen anpasst und so immer den optimalen magnetischen Fluss in der Maschine gewährleistet.Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, on-line Verfahren zur energieeffizienten Betriebsweise von hochausgenutzten elektrischen Fahrantrieben mit permanentmagneterregter Synchronmaschine bzw. Asynchronmaschine so zu qualifizieren, dass sie zu einem globalen verlustminimalen Betrieb führen. Durch genaue Adaption der optimalen Steuergrößen ist das Ziel des Vorhabens eine Reduktion der elektrischen Verluste im Fahrbetrieb um 15 % gegenüber einer Standardregelung, was einer mittleren Wirkungsgradverbesserung von bis zu 2 % entspricht. Dies soll in typischen Fahrzyklen von Hybridbussen im öffentlichen Personennahverkehr auf einem Antriebsprüfstand messtechnisch nachgewiesen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen