01. MTPA und MTPV
Permanentmagnet-Synchronmotoren sind die zentrale Antriebseinheit von Elektrofahrzeugen in China. Es ist bekannt, dass Permanentmagnet-Synchronmotoren bei niedrigen Drehzahlen eine maximale Drehmoment-Strom-Regelung nutzen. Das bedeutet, dass bei einem gegebenen Drehmoment der minimale Strom verwendet wird, um dieses zu erreichen und so die Kupferverluste zu minimieren.
Bei hohen Drehzahlen können wir daher nicht die MTPA-Kurven zur Regelung verwenden, sondern müssen das MTPV-Verhältnis (maximales Drehmoment-Spannungs-Verhältnis) nutzen. Das heißt, bei einer bestimmten Drehzahl soll der Motor das maximale Drehmoment abgeben. Gemäß dem Konzept der realen Regelung lässt sich bei gegebenem Drehmoment die maximale Drehzahl durch Anpassen von Stromstärke (iq) und Stromstärke (id) erreichen. Wo spiegelt sich also die Spannung wider? Da es sich um die maximale Drehzahl handelt, ist der Spannungsgrenzkreis festgelegt. Nur durch die Ermittlung des Punktes maximaler Leistung auf diesem Grenzkreis lässt sich der Punkt maximalen Drehmoments finden, was sich von der MTPA-Regelung unterscheidet.
02. Fahrbedingungen
Normalerweise beginnt das Magnetfeld bei der Umkehrgeschwindigkeit (auch Basisgeschwindigkeit genannt) abzuschwächen, was Punkt A1 in der folgenden Abbildung entspricht. Daher ist die inverse elektromotorische Kraft an diesem Punkt relativ groß. Wäre das Magnetfeld zu diesem Zeitpunkt nicht schwach und würde der Schubwagen gezwungen, seine Geschwindigkeit zu erhöhen, würde dies dazu führen, dass iq negativ wird, kein Vorwärtsdrehmoment erzeugt wird und der Schubwagen in den Energieerzeugungszustand wechselt. Dieser Punkt ist in der Abbildung jedoch nicht zu finden, da sich die Ellipse verkleinert und nicht bei Punkt A1 verharren kann. Wir können iq nur entlang der Ellipse verringern, id erhöhen und uns so Punkt A2 annähern.
03. Bedingungen der Stromerzeugung
Warum benötigt die Stromerzeugung auch schwaches Magnetfeld? Müsste man nicht starkes Magnetfeld nutzen, um bei der Stromerzeugung mit hohen Drehzahlen einen relativ hohen Stromfluss (iq) zu erzeugen? Dies ist nicht möglich, da bei hohen Drehzahlen ohne schwaches Magnetfeld die induzierte Gegenspannung, die induzierte Transformatorspannung und die Impedanzspannung sehr hoch werden und die Versorgungsspannung weit übersteigen können, was schwerwiegende Folgen hätte. In diesem Fall handelt es sich um eine unkontrollierte Gleichrichtungsstromerzeugung (SPO). Daher muss auch bei der Stromerzeugung mit hohen Drehzahlen eine schwache Magnetisierung eingesetzt werden, um die erzeugte Wechselrichterspannung kontrollierbar zu machen.
Wir können dies analysieren. Angenommen, die Bremsung beginnt am Hochgeschwindigkeits-Betriebspunkt B2 (Rückkopplungsbremsung) und die Geschwindigkeit nimmt ab, ist kein schwacher Magnetismus erforderlich. Am Punkt B1 können iq und id konstant bleiben. Mit sinkender Geschwindigkeit reicht das durch die umgekehrte elektromotorische Kraft erzeugte negative iq jedoch zunehmend nicht mehr aus. An diesem Punkt ist eine Leistungskompensation erforderlich, um in den energieverbrauchenden Bremsvorgang überzugehen.
04. Schlussfolgerung
Zu Beginn des Lernens von Elektromotoren konzentriert man sich leicht auf zwei Situationen: Antrieb und Stromerzeugung. Tatsächlich sollten wir uns zunächst die MTPA- und MTPV-Kreise einprägen und erkennen, dass iq und id in diesem Fall absolute Werte sind, die sich aus der inversen elektromotorischen Kraft ergeben.
Ob Strom (iq) und Strom (id) hauptsächlich von der Stromquelle oder von der inversen elektromotorischen Kraft erzeugt werden, hängt von der Regelungsleistung des Wechselrichters ab. Strom und Strom unterliegen jedoch auch Grenzwerten und dürfen nicht mehr als zwei Regelkreise überschreiten. Wird der Stromgrenzwert überschritten, wird der IGBT beschädigt; wird der Spannungsgrenzwert überschritten, wird das Netzteil beschädigt.
Im Anpassungsprozess sind die Sollwerte für iq und id sowie die Istwerte für iq und id entscheidend. Daher werden in der Technik Kalibrierungsverfahren eingesetzt, um das optimale Verhältnis von iq zu id bei verschiedenen Drehzahlen und Solldrehmomenten zu ermitteln und so den besten Wirkungsgrad zu erzielen. Es zeigt sich, dass die endgültige Entscheidung nach mehreren Optimierungsrunden immer noch von der technischen Kalibrierung abhängt.
Veröffentlichungsdatum: 11. Dezember 2023
