HighSpeedBoost für Traktionsantriebe

Traktionsantriebe arbeiten vorzugsweise mit Motoren-Umrichter-Kombinationen, welche für die höheren Geschwindigkeiten die Funktion der Feldschwächung verwenden. In diesem Drehzahlbereich, er umfasst nicht selten 2/3 des gesamten Drehzahlbandes, orientiert sich die Motorregelung des Umrichters an der zuverlässig verfügbaren Spannung, z.B. der Batterie. Im Vergleich zur klassischen Regelung erreichen wir mit der Funktion HighSpeedBoost in praktischen Anwendungen z.B. 8% höhere Spitzenleistungen und gleichzeitig 0,5% verbesserten Wirkungsgrad.

Mehr Leistung

Mehr Drehmoment und damit mehr Leistung im Feldschwächbereich der E-Maschine

Spannungsausgleich

Verbesserte Anpassung an schwankende DC-Spannung in Echtzeit

Mehr Effizienz

Geringfügig verbesserter Wirkungsgrad

Gängige Lösungsmöglichkeiten ohne HighSpeedBoost

Es kann ein Motor mit höherer Leistung eingesetzt werden. Daraus ergibt sich jedoch ein Kostennachteil
Es kann auf höhere DC-Spannung zurückgegriffen werden. Dies lässt sich jedoch oft nur schwer realisieren

Technologischer Hintergrund HighSpeedBoost

Beim Betrieb im Bereich der Feldschwächung ist das begrenzende Element die Spannung, speziell die Phasenspannung die mit dem Wechselrichter aus der Gleichspannung, z.B. aus der Batterie, erzeugt werden kann. Diese Gleichspannung kann zudem noch dynamisch schwanken, z.B. sinkt sie spürbar ab, wenn man aus der Batterie viel Leistung für einen Beschleunigungsvorgang entnimmt. Wir haben in der realen Anwendung also sowohl mit langsamen Spannungsschwankungen zu tun (Ladezustand der Batterie), als auch mit sehr dynamischen Vorgängen im Bereich einiger Millisekunden.

In der Regelungstechnik muss deshalb eine Sicherheitsreserve zwischen der theoretisch erzeugbaren maximalen Phasenspannung für den Motor und der real erzeugten Spannung eingebaut werden. Diese Sicherheitsreserve geht zwar zu Lasten von Leistung und Wirkungsgrad, ohne sie würde man jedoch eine unvermittelte Abschaltungen des Systems riskieren, was nicht akzeptabel wäre.

Lösung durch HighSpeedBoost-Funktion

Für unsere Funktion HighSpeedBoost machen wir uns die schnelle Reaktion unserer FPGA-basierten Regelung zu Nutze. Damit gelingt es uns, die Spannung an der Motorklemme näher an ihre rechnerische Grenze zu bringen, ohne eine Abschaltung zu riskieren. In praktischen Anwendungen konnten wir die Leistung damit um bis zu 8% erhöhen und gleichzeitig den realen Gesamtwirkungsgrad um bis zu 0,5% verbessern.

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