SiC-VSI with Sinusoidal Voltages for an Enhanced Sensorless Control of the Induction Machine

Abstract

In den letzten Jahren ist weltweit eine intensive Forschung auf dem Gebiet der Steuerung und Regelung von Drehstrommaschinen erfolgt. Die bekannten Regelverfahren in Verbindung mit den verfügbaren leistungselektronischen Umrichtern sowie mit Hilfe der sehr weit entwickelten, schnellen, elektronischen Signalverarbeitung, ermöglichte die Realisierung von elektrischen Antrieben mit hervorragenden Eigenschaften in einem weiten Drehzahl-und Drehmomentbereich. Ein geregelter Betrieb der Asynchronmaschine ohne Einschränkungen im Drehzahlstellbereich verlangt allerdings die Messung der Winkelposition des Rotors. Allerdings sind optische hochauflösende Encoder empfindlich gegen Umwelteinflüsse, wie Staub, Vibration und Temperatur, und reduzieren folglich die Systemzuverlässigkeit. Weiterhin erfordern sie zusätzliche Kabel und Schnittstellen. Daher hat man sich in den letzten Jahrzehnten, sowohl in der akademischen Welt als auch in der Industrie, mit der Entwicklung von Regelverfahren befasst, die ohne die Verwendung von mechanischen Drehgebern (Encodern) funktionieren. Diese sogenannten "sensorlosen" oder "geberlosen" Regelungen wurden in vielen Forschungsarbeiten intensiv untersucht und ständig verbessert, um eine hohe Dynamik mit Standard-Asynchronmotoren in einem weiten Drehzahlbereich zu erzielen. Es ist bekannt, dass eine Regelung der Asynchronmaschine mit alleiniger Verwendung der Klemmengrößen (Statorstrom und-spannung) ohne Messung der Rotorposition möglich ist. Leider versagen solche Methoden bei sehr kleinen Statorfrequenzen und finden deshalb nur bei höheren Drehgeschwindigkeiten Verwendung. Darüber hinaus, wird in solchen Verfahren die Messung der Klemmenspannungen vermieden und anstatt dessen die von der Regelung errechneten Sollgrößen verwendet. Die Realisierung wird deshalb komplexer, denn etwaige Nichtlinearitäten und Unzulänglichkeiten des Wechselrichters müssen im Modell berücksichtigt werden. Für die Speisung der Asynchronmaschine können auch mit SiC-Schaltern ausgestattete Wechselrichter verwendet und mit sehr hohen Schaltfrequenzen betrieben werden. In einigen Forschungsarbeiten wurden solche Systeme im Hinblick auf eine bessere Effizienz und Dynamik sowie auf die Glättung der Klemmenspannung untersucht. Die Vorliegende Arbeit verfolgt allerdings ein anderes Ziel, nämlich die Messung der nahezu sinusförmigen Statorspannungen zur Verbesserung der bekannten sensorlosen Regelverfahren sowie die Untersuchung der "Natürlichen Feldorientierten Regelung" und die Modell-Referenz-Regelung bei Speisung mit gemessenen Spannungen. vi Contents Acknowledgment .

A Systematic Review and Future Development of Automotive Chassis Control Technology

“…Its good output characteristics are more suitable for traction conditions. Although the high cost is the main obstacle it faces, with the decrease in material prices and the improvement of production processes, SiC devices will reduce the cost of electronic control products in the dimensions of efficient operation, component savings, and chips [72][73][74][75].…”

Design and performance analysis of asymmetric multilevel inverter with reduced switches based on SPWM

“…Therefore, carrier-based PWM employs many triangular carrier signals that may be altered in phase and/or vertical position to lower the output voltage harmonic content. A silicon carbide (SiC) switches inverter could be used to generate a sinusoidal voltage [24]− [26]. In this paper, a 27-level single-phase inverter is proposed and a new H-bridge design was tested, a three cascaded H-bridges with asymmetrical voltage sources are presented based on carrier pulse-width modulation techniques.…”