Aktive Reduzierung der Vibrationen von Permanentmagnet-Synchronmaschinen durch adaptive Regler

Harries, Martin; Mertens, Axel; de Doncker, Rik W.

doi:HT030948489

Aktive Reduzierung der Vibrationen von Permanentmagnet-Synchronmaschinen durch adaptive Regler

Harries, Martin^RWTH*

2024 & 2025

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Diplom-Ingenieur Martin Harries

ImpressumAachen : ISEA 2024

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

ReiheAachener Beiträge des ISEA ; 182

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2024

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2025

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
de Doncker, Rik W. (Thesis advisor)^RWTH* ; Mertens, Axel (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-02-14

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-00626
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1002683/files/1002683.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Akustik (frei) ; NVH (frei) ; PMSM (frei) ; Vibration (frei) ; acoustics (frei) ; active damping (frei) ; adaptive Regler (frei) ; adaptive control (frei) ; aktive Dämpfung (frei) ; vibration control (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 621.3

Kurzfassung
Auch wenn Synchronmotoren als leise gelten, können ihre tonalen Geräusche als unangenehm wahrgenommen werden und im schlimmsten Fall normative Grenzwerte überschreiten. Akustisch auffällig wird der Antrieb besonders dann, wenn seine rotierenden und oszillierenden magnetischen Feldkräfte eine mechanische Maschinenresonanz anregen. Der Oszillation der Magnetkräfte kann jedoch durch eine intelligente Regelung der Phasenströme bzw. des magnetischen Flusses entgegengewirkt werden. Diese Arbeit untersucht die Zusammenhänge von Oberwellen der elektrischen Maschinengrößen und der resultierenden Vibration und präsentiert eine akustisch optimierte Maschinenregelung, wobei der Maschinenregler um einen zusätzlichen Feedback-Kanal zur Bewertung seines akustischen Zustands erweitert wird. Ein adaptiver Regler optimiert seine Injektionsparameter selbstständig und kann so die Oszillation der Feldkräfte der kritischen Mode Null Anregung eliminieren. Dabei wird gezeigt, dass je nach Art der Resonanz eine bestimmte Injektionsachse zu bevorzugen ist, was die nötigen Injektionsamplituden reduziert und so nahezu ohne Einbußen des Maschinenwirkungsgrades umgesetzt werden kann. Am Beispiel eines kommerziellen Fahrzeugantriebs konnte mit diesem rein regelungsbasierten Ansatz in kritischen Betriebspunkten eine Verbesserung des Schallpegels von über 12dB im Vergleich zur reinen Grundwellenreglung erreicht werden.

Even though synchronous motors are considered quiet, their tonal noise can be perceived as unpleasant and, in the worst case, exceed normative limit values. Acoustically, the drive becomes particularly noticeable when its rotating and oscillating magnetic field forces excite a mechanical machine resonance. However, the oscillation of the magnetic forces can be suppressed by intelligent control of the phase currents or the magnetic flux. This work investigates the correlation of harmonics of the electrical machine variables and the resulting vibration and presents an acoustically optimized machine control, where the machine controller is extended by an additional feedback channel to evaluate its acoustic state. An adaptive controller optimizes its injection parameters independently and can thus eliminate the oscillation of the field forces of the critical mode zero excitation. It is shown that, depending on the type of resonance, a certain injection axis is to be preferred, which reduces the necessary injection amplitudes and can thus be implemented with almost no reduction in machine efficiency. Using the example of a commercial vehicle drive, this purely control-based approach was able to achieve an improvement in the sound level of over 12 dB at critical operating points compared to pure fundamental frequency control.

OpenAccess:
PDF
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