Unabhängige Einzelphasenstromregelung einer sternpunktlosen Mehrphasensynchronmaschine basierend auf rotierenden Integratoren zur Steigerung der Fehlertoleranz

Kühner, Thomas

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Regelung sternpunktloser Mehrphasensynchronmaschinen. Derartige Maschinen werden vor allem in Anwendungen mit erhöhten Anforderungen an Ausfallsicherheit und Fehlertoleranz eingesetzt, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt. Viele Regelverfahren, welche von der Dreiphasenmaschine bekannt sind, wurden dazu bereits an Mehrphasenmaschinen angepasst und um Regelstrategien für den Ausfall einer oder mehrerer Phasen erweitert. Besonders den Einzelphasenstromregelungsverfahren kommt dabei eine große Bedeutung zu, da diese maximale Flexibilität und Verfügbarkeit im Fehlerfall aufweisen. Jedoch weisen bereits bekannte Einzelphasenstromregelungsverfahren jeweils verschiedene Nachteile auf, weshalb diese Verfahren nur begrenzt einsetzbar sind. In dieser Arbeit wird ein neues Verfahren zur Einzelphasenstromregelung vorgestellt, welches keinen dieser Nachteile aufweist und daher das Potential zum breiten Einsatz birgt. Dieses Verfahren basiert auf rotierenden Integratoren. Mit steigender Anzahl der Phasen steigen auch die Freiheitsgrade zur Bestromung der Maschine. In der vorliegenden Arbeit werden deshalb die Auswirkungen verschiedener Phasenstromverläufe sowie verschiedene Strategien für optimierte Phasenströme im Fehlerfall untersucht und miteinander verglichen. Für die bevorzugte Strategie wird ein Algorithmus vorgestellt, welcher auf Maschinen mit beliebiger Phasenanzahl für den Ausfall einer ebenfalls beliebigen Anzahl an Phasen anwendbar ist. Durch die Kombination beider Neuerungen entsteht ein Gesamtkonzept für den fehlertoleranten Betrieb sternpunktloser Mehrphasensynchronmaschinen. Dieses wird an einem, im Rahmen der Arbeit eigens entwickelten, neunphasigen Vollbrückenwechselrichter praktisch umgesetzt und verifiziert.

The present work deals with the control of star pointless multiphase synchronous machines. Such machines are mainly used in applications with increased requirements for reliability and fault tolerance, as found for example in the aerospace industry. Many control methods, which are known from the three-phase machine, have already been adapted to multi-phase machines and expanded to include control strategies for the failure of one or more phases. Single-phase current control methods are particularly important, as they offer maximum flexibility and availability in the event of failure. Already known single phase current control methods, however, each have different disadvantages. This is why these methods can only be used to a limited extent. In this thesis a new method for single-phase current control is presented, which does not contain any of these disadvantages and therefore has the potential for wide use. This method is based on rotating integrators. With an increasing number of phases, the degrees of freedom for energizing the machine also increase. In the present work, therefore, the effects of different phase current forms and different strategies for optimized phase currents in the event of failure are examined and compared with one another. For the preferred strategy, an algorithm is presented which can be used on machines with any number of phases for the failure of any number of phases. The combination of both innovations creates an overall concept for the fault-tolerant operation of star-pointless multi-phase synchronous machines. This is practically implemented and verified on a nine-phase full bridge inverter specially developed as part of the work.

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Kühner, Thomas: Unabhängige Einzelphasenstromregelung einer sternpunktlosen Mehrphasensynchronmaschine basierend auf rotierenden Integratoren zur Steigerung der Fehlertoleranz. Hagen 2021. FernUniversität in Hagen.

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