Einphasiger Geschalteter Reluktanzantrieb für Staubsauger Single

Electrical Drives
Elektrische Antriebe
Einphasiger Geschalteter
Reluktanzantrieb für
Staubsauger
Einphasige Geschaltete Reluktanzantriebe bieten Vorteile
bezüglich Kosten und geringerer Steuerungskomplexität im
Vergleich zu mehrphasigen Konfigurationen. Aufgrund des
minimalen Umrichteraufwands und der geringen
Bauteilanzahl verspricht der einphasige Reluktanzantrieb
außerdem eine verbesserte Systemzuverlässigkeit.
In the framework of an industry project, a single-phase SRM
drive for vacuum cleaners was developed. The constructed
SRM drive was designed in light of technical and economical aspects for vacuum cleaner blowers. The drive has only
one controlled machine phase and, therefore, requires a minimum expenditure in power electronics.
Im Rahmen eines Industrieprojekts wurde ein einphasiger
geschalteter Reluktanzantrieb für Staubsaugergebläse
entwickelt. Der aufgebaute Antrieb wurde sowohl hinsichtlich technischer als auch ökonomischer Eigenschaften
für den Einsatz in Staubsaugergebläsen konzipiert. Der
Antrieb besitzt nur eine zu steuernde Maschinenphase und
benötigt daher einen minimalen Umrichteraufwand.
The designed machine was optimized and verified using the
design software PCSRD and FE-Simulation. The constructed
drive was integrated as a demonstration model in a vacuum
cleaner. The experimental results show that the developed
single-phase SRM drive with the developed control strategy
is suitable for vacuum cleaner applications.
Kontakt
Contact
N. Fuengwarodsakul, [email protected],
Tel 02 41/80 969 71
4
¬55.5556 A
3
2
Torque [Nm]
In contrast to multi-phase SRMs, the starting process from
standstill is, however, a technical challenge due to the single-phase structure, because torque can only be developed in
certain sections of the rotor position. Hence, additional
measures are necessary in machine design as well as in control to bring the rotor to the initial position before starting.
The applied starting strategy is based on the variation of the
torque characteristic by saturation effects. The machine was
designed so that the torque characteristics between low currents and high currents were slightly shifted from each other.
During the start process, the rotor is driven by a small current to the defined start position, at which the starting
torque can be generated by a high current. Applying a large
current pulse, the rotor is accelerated during starting. The
continuous rotation is achieved due to the moment of inertia of the rotor.
aligned position
by small current
(start position)
¬36.1111 A
1
¬16.6667 A
0
-1
energy for
acceleration
-2
-3
-4
0
10
20
30
40
50
60
Rotor position [° mech.]
Drehmomentkennlinien der einphasigen Geschalteten Reluktanzmaschine
Torque characteristic of a single-phase Switched Reluctance Machines
Im Gegensatz zu mehrphasigen Reluktanzmaschinen ist
allerdings der Startvorgang aus dem Stillstand, bedingt
durch die einphasige Konstruktion, eine technische Herausforderung, denn ein nutzbares Drehmoment lässt sich nur
über einen Teil des gesamten Rotorpositionsbereichs erzeugen. Aus diesem Grund sollen zusätzliche Maßnahmen in der
Maschinenauslegung sowie der Steuerung eingesetzt werden, um den Rotor zum Anlauf zu positionieren. Die angewandete Anlaufstrategie beruht auf der Änderung der
Drehmomentcharakteristik durch Sättigungseffekte. Die
Maschine wurde so ausgelegt, dass die Drehmomentkennlinien zwischen kleinen und großen Strömen leicht
gegeneinander verschoben sind. Während des Startvorgangs
wird der Rotor durch einen kleinen Strom zur Startposition
gebracht, an der das Drehmoment zum Anlauf mit einem
größeren Strom erzeugt werden kann. Mit einem großen
Strompuls beschleunigt der Rotor beim Anfahren mit
Schwung und erreicht so eine kontinuierliche Rotation.
Die Optimierung und Verifizierung der ausgelegten Maschine
erfolgte mit Hilfe von Matlab/Simulink Modellen und FESimulationen. Der aufgebaute Antrieb wurde als Vorführmodell in den Staubsauger integriert. Die experimentellen
Ergebnisse zeigten, dass der aufgebaute einphasige Geschaltete Reluktanzantrieb mit der dabei entwickelten Anlaufstrategie für Staubsaugeranwendungen tauglich ist.
31
Research
Single-phase Switched Reluctance Machines (SRM) offer
advantages of low cost and simple control electronics in
comparison to multi-phase configurations. Due to the converter simplicity and the minimum number of electronic
components, single-phase SRMs can also realize a better
system reliability.
Forschung
Single-Phase Switched
Reluctance Machine for
Vacuum Cleaners