Motor-Impedanzmessungen im aktiven Betriebszustand anhand einer permanentmagneterregten Synchronmaschine

Abstract

Aufgrund ihres Schaltverhaltens können Wechselrichter (WR) hohe elektromagnetische Emissionen erzeugen. Zur Sicherstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) werden deshalb u.a. Emissionsmessungen durchgeführt. Bei Emissionsmessungen von Kfz-Wechselrichtern nach CISPR 25 [1] wird der zugehörige Motor als Peripherie betrachtet. Aus diesem Grund kann stattdessen eine möglichst realistische Ersatzlast verwendet werden. Häufig wird hierzu eine passive Impedanznachbildung eingesetzt, welche zwar eine gute Reproduzierbarkeit gewährleistet, allerdings nicht den realen Lastbedingungen entspricht. Für möglichst reale Lastbedingungen bieten einige wenige EMV-Labore Emissionsmessungen mit einer externen Last am Motor (hydraulisch oder mithilfe einer zusätzlichen Lastmaschine) an. Nachteilig sind hierbei u.a. die erhöhten Sicherheitsanforderungen aufgrund rotierender Teile sowie hohe Anschaffungs- und Prüfkosten. Vor diesem Hintergrund entstand die Idee, eine aktive elektrische Ersatzlast zu verwenden. Die aktive Impedanznachbildung soll sowohl das niederfrequente Funktionsverhalten als auch die hochfrequenten (HF) Koppelpfade einer belasteten elektrischen Maschine emulieren können. Für funktionale Prüfungen von Wechselrichtern werden bereits Systeme angeboten, welche das funktionale Verhalten abbilden und als elektrische Maschinenemulatoren bezeichnet werden (u.a. [2]). Bild 1 zeigt den zu prüfenden Wechselrichter (DUT, engl. device under test) sowie den über ein Koppelnetzwerk angeschlossenen Emulator. Um die Maschinenemulation auch bei EMV-Prüfungen verwenden zu können, muss diese die HF-Impedanz der belasteten Maschine ausreichend genau nachbilden, bei vernachlässigbar geringen Eigenemissionen. Eine genauere Ausführung zu diesem Ansatz und den Anforderungen sowie erste Messergebnisse werden in [3] präsentiert. Ziel dieses Papers ist die Untersuchung der Impedanzen für Gleichtakt (CM) und Gegentakt (DM) von elektrischen Maschinen im aktiven Betrieb. Die Ergebnisse sollen anschließend zur Nachbildung des HF-Verhaltens bei der elektrischen Maschinenemulation verwendet werden. Zunächst wird die verwendete Messmethode vorgestellt und validiert. Dann werden beispielhaft die CM- und DM-Impedanzen einer permanentmagneterregten Synchronmaschine (PMSM) bei verschiedenen Betriebsmodi analysiert. Abschließend werden Verhaltensmodelle zur Nachbildung der Motorimpedanz erstellt und die Werte der Streuparameter aus den Messkurven extrahiert.