Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSMs) werden aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads, ihrer Leistungsdichte und ihrer präzisen Steuerung häufig in der industriellen Automatisierung, in Elektrofahrzeugen und in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Ein häufiges und frustrierendes Problem, mit dem Ingenieure jedoch konfrontiert sind, ist „hoher Strom, aber geringe Drehmomentabgabe„– ein Problem, das die Effizienz verringert, die Wärmeentwicklung erhöht und sogar zu einem Motorausfall führen kann.
Bevor wir uns mit dem Problem befassen, werfen wir noch einmal einen Blick auf die PMSM-Grundlagen:
• Drehmoment entsteht durch die Wechselwirkung zwischen Permanentmagnetfeld des Rotors und die strominduziertes Magnetfeld des Stators.
• Das maximale Drehmoment tritt auf, wenn Statorstrom und Rotorfluss übereinstimmen orthogonal (90° auseinander).
• In Wirklichkeit stört eine Fehlausrichtung aufgrund verschiedener Faktoren diesen Idealzustand und führt dazu hoher Strom bei geringem Drehmoment.
① Falsche Identifizierung der Motorparameter
Problem: Fehler bei der Messung des Statorwiderstands (Rs), der Induktivität (Ld/Lq) oder der PM-Flusskopplung (λPM) führen zu fehlerhaften Steuerungsberechnungen.
Ursachen: Schlechte Kalibrierung, Temperaturdrift oder veraltete Identifikationsmethoden.
Lösungen:
• Verwenden Sie eine adaptive Offline-/Online-Parameteridentifizierung (z. B. rekursive Methode der kleinsten Quadrate).
• Kompensieren Sie Temperatureffekte mit thermischen Modellen.
• Kalibrieren Sie mit hochpräzisen Instrumenten.
② Schlecht abgestimmte Controller-Parameter
Problem: Falsche PI-Verstärkungen (Strom-/Geschwindigkeitsschleifen) führen zu Schwingungen, langsamer Reaktion oder Überschwingen.
Ursachen: Empirische Abstimmung, ungenaue Systemmodellierung.
Lösungen:
• Übernehmen Sie modellbasierte Tuning- (z. B. Polplatzierung) oder Auto-Tuning-Algorithmen.
• Validieren Sie Parameter mittels Simulation (z. B. MATLAB/Simulink).
③ Schwache Stromschleifenleistung
Problem: Stromverfolgungsverzögerungen aufgrund geringer Bandbreite, Sensorfehler oder PWM-Totzeit.
Ursachen: Sensoren mit geringer Auflösung, unzureichende Schaltfrequenz.
Lösungen:
• Erhöhen Sie die Bandbreite der Stromschleife.
• Verwenden Sie Totzeitkompensation und SVPWM-Modulation.
• Upgrade auf hochpräzise Stromsensoren (z. B. Hall-Effekt).
④ Unsachgemäße Steuerung der Flussschwächung
Problem: Bei hohen Geschwindigkeiten schwächt ein übermäßiger d-Achsen-Strom den Fluss, verschwendet jedoch Energie.
Ursachen: Suboptimale MTPA- (Max Torque Per Ampere) oder MTPV- (Max Torque Per Volt) Strategien.
Lösungen:
• Implementieren Sie adaptive Algorithmen zur Flussschwächung.
• Optimieren Sie die Stromverhältnisse der d-q-Achse dynamisch.
⑤ Permanentmagnet-Entmagnetisierung
Problem: PM-Flussverlust verringert die Drehmomentfähigkeit.
Ursachen: Überhitzung, Überstrom oder Alterung.
Lösungen:
• Verwenden Sie Magnete mit hoher Koerzitivfeldstärke (z. B. NdFeB).
• Überwachen Sie die Temperatur und vermeiden Sie Überlastungen.
⑥ Wicklungsfehler
Problem: Kurzschlüsse/offene Wicklungen verfälschen die Stromverteilung.
Ursachen: Isolationsausfall, mechanische Beanspruchung.
Lösungen:
• Führen Sie Megaohm-Tests oder Überspannungstests durch.
• Beschädigte Wicklungen reparieren/ersetzen.
⑦ Übermäßige mechanische Belastung
Problem: Motor zieht hohen Strom, bleibt aber unter Last stehen.
Ursachen: Reibung, Fehlausrichtung oder zu kleiner Motor.
Lösungen:
• Lagerschmierung und mechanische Ausrichtung prüfen.
• Ändern Sie die Größe des Motors oder reduzieren Sie die Lastträgheit.
⑧ Niedrige Versorgungsspannung
Problem: Unzureichende Spannung begrenzt die Drehmomentabgabe trotz hohem Strom.
Ursachen: Schwache Stromversorgung oder Kabelverluste.
Lösungen:
• Überprüfen Sie die DC-Busspannung.
• Verwenden Sie dickere Kabel oder einen Spannungsverstärker.
Um das Problem zu lokalisieren:
Beobachten: Ungewöhnliche Geräusche/Vibrationen? Überhitzung?
Messen: Vergleichen Sie Phasenströme, Spannungen und Temperaturen mit den Spezifikationen.
Analysieren: Überprüfen Sie die Fehlerprotokolle des Antriebs oder verwenden Sie die FFT-Analyse für Oberschwingungen.
Inspizieren: Zerlegen, um Magnete, Wicklungen und Lager zu untersuchen.
Für Steuerungssysteme:
• Implementieren Sie sensorlose Beobachter (z. B. SMO, EKF) für Robustheit.
• Nutzen Sie die Online-Parameteranpassung zur Alterungskompensation.
Für Hardware:
• Upgrade auf Stromsensoren mit geringer Welligkeit.
• Tragen Sie Wärmeleitpaste auf, um die Kühlung zu verbessern.
„Hoher Strom, niedriges Drehmoment“ ist oft ein Problem auf Systemebene– Schecks erforderlichParameter, Regelkreise, Mechanik und Stromversorgung. Durch die methodische Diagnose und Behebung jeder potenziellen Ursache können Ingenieure eine Wiederherstellung durchführen PMSM-Motor Leistung und Effizienz.
Das Wichtigste zum Mitnehmen:
Präzision zählt: Parameter kalibrieren und Controller gründlich abstimmen.
Überwachen Sie die Gesundheit: Entmagnetisierungs- oder Wicklungsfehler frühzeitig erkennen.
Anpassen: Verwenden Sie fortschrittliche Algorithmen für sich ändernde Betriebsbedingungen.
Lösen Sie das Rätsel und Ihr PMSM liefert das Drehmoment, zu dem es fähig ist!
