Das Ziel der vorliegenden Forschungsarbeit war es, Methoden zu entwickeln, um einen stabilen sensorlosen Betrieb der Geschalteten Reluktanzmaschine zu erreichen. Das heißt, dass die Maschine auf Winkelsensoren bei der Steuerung verzichtete kann. Mit Hilfe von praktischen Messergebissen sollte bestätigt werden, dass diese Methoden in der Praxis einsetzbar sind.
Die Geschaltete Reluktanzmaschine ist bekannt wegen ihres einfachen Aufbaues, aber auch wegen ihres nichtlinearen magnetischen Verhaltens, welches die Maschinensteuerung und den sensorlosen Betrieb erschwert. Hierzu sind im Rahmen dieser Arbeit ein Stromregelverfahren und zwei Methoden zur Bestimmung der Rotorposition entwickelt worden, die auf Winkelsensoren bei der Regelung verzichten.
Um dieses nichtlineare Verhalten bei der Realisierung von Stromregelung und sensorloser Bestimmung der Rotorposition sowie für die Simulation berücksichtigen zu können, wurden zuerst die Verläufe der Flussverkettung, der rotatorisch induzierte Spannung und des Drehmomentes unter Anwendung verschiedener Messverfahren bestimmt.
Es wurde ein Verfahren zur Optimierung des Stromreglers vorgestellt, das trotz der Nichtlinearität und der Kopplungen, die in der Regelstrecke auftreten, eine stabile Regelung mit hoher Dynamik gewährleistet. Unter Anwendung der EMK-Kompensationsmethode im Stromregekreis ist der Regler fähig, mit der EMK zusammenhängende hoch dynamische Störungen auszuregeln. Zusätzlich sorgt das angewendete Gain Scheduling für eine Verringerung der Schwankung der Kreisverstärkung, die durch die stark nichtlineare Induktivität hervorgerufen wird. Damit kann die Kreisverstärkung auf einem konstanten hohen Wert gehalten werden, was zu gutem dynamischen Verhalten im vollständigen Betriebsbereich sorgt.
Dieses Regelverfahren wird auch bei dem sensorlosen Betrieb der Maschine eingesetzt.
Zum Erreichen eines sensorlosen Betriebes der SRM im gesamten Drehzahlbereich wurden zwei Methoden entwickelt: eine für die Bestimmung der Anfangsposition sowie für kleine Drehzahlen und eine zweite für höhere Drehzahlen.
Die erste Methode basiert auf Spannungstestimpulsen, erzeugt durch den Stromrichter, mit welchen die Stränge erregt werden. Aus den gemessenen Stromwerten werden Verhältnisse gebildet, um ihre Abhängigkeit von der Zwischenkreisspannung zu eliminieren. Dieses Verfahren wurde einmal ohne und einmal mit Berücksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung der Phasen vorgestellt. Für den höheren Drehzahlbereich wurde zusätzlich eine andere Methode verwendet. Diese basiert auf der Spannungsgleichung, die das Modell der Maschine beschreibt.
Unter Verwendung dieser neuen Methoden lässt sich die Rotorposition von Stillstand bis zu hohen Drehzahlen ermitteln. Damit ist stabiler sensorloser Betriebe der Geschalteten Reluktanzmaschine im Motor- sowie Generatorbetrieb gewährleistet, was die Messergebnisse beweisen. Die Differenzen zwischen der so bestimmten und der Rotorposition vom Geber, welche an einigen Stellen auftreten, sind kleiner als ein Grad mechanisch, was keinen negative Einfluss auf den sensorlosen Betrieb der
Maschine hat. Die Ursachen dieser Abweichungen wurden diskutiert und Hinweise zur Verbesserung gegeben.
Die beiden Methoden zeigen Einfachheit, geringen Rechenaufwand und liefern die genaue sensorlose Rotorposition.