Hochdynamische Strom- und Spannungsregelung von permanenterregten Synchronmaschinen auf Basis von Delta-Sigma Bitströmen

Delta-Sigma-Umsetzer sind aus der Audio-Technik für ihren hohen Signal-zu-Rausch Abstand bei Abtastraten im 10 bis 100 kHz Bereich bekannt und werden zunehmend auch in der Stromregelung von elektrischen Antrieben als Analog-Digital-Umsetzer eingesetzt. Delta-Sigma-Umsetzer bestehen aus einem Modulator und einem digitalen Tiefpassfilter. Die Auswirkungen des digitalen Filters auf die Stromregelung eines elektrischen Antriebs werden hinsichtlich der erreichbaren Bandbreite des Stromregelkreises und der Unterdrückung von Störungen in der Strommessung untersucht. In dieser Arbeit werden zwei Ansätze zur Steigerung der Bandbreite des Stromregelkreises verfolgt. Der Stromregler wird direkt in dem hochfrequenten Zeitraster (10 MHz) der Delta-Sigma-Modulatoren gerechnet, so dass auf einen digitalen Tiefpassfilter verzichtet werden kann. Dieses Vorgehen erfordert eine neuartige Signalverarbeitung, da der Ausgang des Delta-Sigma-Modulators aus einem gering quantisierten Delta-Sigma-Bitstrom mit einer Auflösung von einem Bit besteht. Die vorhandenen Ansätze zur direkten Signalverarbeitung des Delta-Sigma-Bitstroms werden verglichen und erweitert. Der zweite Ansatz zur Steigerung der Bandbreite besteht darin, die hochfrequenten Delta-Sigma-Bitströme breitbandig in PWM Signale für eine Leistungselektronik im 4 - 40 kHz Bereich umzusetzen. Das grundsätzliche Prinzip wird an einer einphasigen Last untersucht. Die im Stand der Forschung bekannte Lösung für eine dreiphasige Last weist erhebliche Nachteile auf. In dieser Arbeit wird ein Verfahren für einen hochdynamischen dreiphasigen Leistungselektronik-Modulator zur direkten Verarbeitung von Delta-Sigma-Bitströmen vorgestellt, welcher die Nachteile der bekannten Lösung aufhebt. Zusätzlich wird eine direkte Rückführung der Strom- und Spannungsmesswerte über Delta-Sigma-Bitströme realisiert. Dies ermöglicht eine hochdynamische Strom- und Spannungsregelung einer permanenterregten Synchronmaschine.