Antriebsstränge heutiger Landwirtschaftstraktoren besitzen einen Verbrennungsmotor mit einem nachgeschalteten hydraulisch–mechanisch leistungsverzweigten Getriebe. Der größte Nachteil dieser Realisierung ist es jedoch, daß keine hydraulischen Leistungsanteile abgezweigt werden dürfen um damit interne Fahrzeugkomponenten oder externe Arbeitsgeräte zu versorgen. Aus diesem und anderen Gründen entstand vor einigen Jahren die Idee für ein neues Antriebskonzept: Neben der herkömmlichen mechanischen Leistungsübertragung vom Verbrennungsmotor zum Getriebe sollte es auch möglich werden, die maximale erzeugte mechanische Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln und diese sowohl dem Getriebe als auch internen Fahrzeugkomponenten sowie externen Arbeitsgeräten bei einer Gleichspannung von 540V wieder zur Verfügung zu stellen. Der hydraulische Pfad des Antriebsstrangs müsse zudem entfernt werden. Um den Erfolg des aus dem Konzept entstandenen Forschungs– und Entwicklungsvorhabens zu garantieren, mußten neue elektrische Antriebssysteme mit einer Nennleistung von 130kW entwickelt werden, da vergleichbare Antriebssysteme aus der Anlagentechnik viel zu groß gebaut werden um in einem Fahrzeug eingesetzt werden zu können. Neben dieser Anforderung mußten zudem auch ein höchstmöglicher Wirkungsgrad aller Bestandteile und ein optimales dynamisches Verhalten des Gesamtsystems erreicht werden, um mit den heute im Antriebsstrang eingesetzten Hydromotoren konkurrieren zu können. Jede Komponente der entwickelten elektrischen Antriebssysteme wurde für sich betrachtet und dahingehend optimiert, daß die oben aufgeführten Kriterien erfüllt werden konnten. So führte diese Prozedur z.B. zu neuen Kühlkonzepten für die permanenterregten Synchronmaschinen und die Wechselrichter. Die Optimierung der Zwischenkreiskondensatoren, die für die Reduktion von Gleichspannungswelligkeit aufgrund von schaltenden elektronischen Leistungshalbleitern im offenen Gleichspannungszwischenkreis benötigt werden, führte mit dieser Vorgehensweise jedoch zu keinem zufriedenstellenden Ergebnis.Die ganzheitliche Betrachtungsweise elektrischer Antriebssysteme führte darauf, daß eine bedeutende Baugrößen– und Kostenreduzierung der Zwischenkreiskondensatoren von Cdc,6~ = 0,42 Cdc,3~ erreicht werden kann, wenn die elektrischen Maschinen sechssträngig und die dazugehörigen Wechselrichter sechsphasig ausgeführt werden und zudem ein optimiertes sechsphasiges Raumzeigermodulationsverfahren für die Ansteuerung eingesetzt wird. Sechssträngige permanenterregte Synchronmaschinen und sechsphasige Wechselrichter sind keine Standardkomponenten, die heute bereits ihren Einsatz finden. Aus diesem Grund mußte vor dem Entwurf von Regelkreisen ein neues mathematisches Grundgerüst erarbeitet werden um die physikalischen Zusammenhänge aller Komponenten mathematisch beschreiben zu können. Jedes der drei elektrischen Antriebssysteme im beschriebenen Forschungs– und Entwicklungsvorhaben mußte gleich ausgeführt werden, d.h. gleiche Baugröße, selber Wirkungsgrad, gleiches dynamisches Verhalten und selbe implementierte Reglungsalgorithmen. In Abhängigkeit vom aktuellen Betriebsmodus des Antriebsstrangs mußten zudem die unterschiedlichen Regelungsaufgaben — dies sind die Drehmomentenregelung, die Drehzahlregelung, die Regelung des offenen Gleichspannungszwischenkreises und die Rotorpositionsregelung — online umgeschaltet werden können. Zudem wurden eine optimierte Implementierung der unterschiedlichen Regelkreise vorgenommen, z.B. schnelle Abarbeitung der Regelungsalgorithmen bei geringstem Speicherbedarf, eine Eliminierung von Unstetigkeitsstellen bei der Rotorpositionserfassung zur Drehzahlberechnung, eine systemweite Implementierung von Anti–Windup Reglern mit Stellgrößenbegrenzungen etc. Die Realisierung und die Verifikation von drei sechsphasigen elektrischen Antriebssystemen zeigte, daß sechssträngige permanenterregte Synchronmaschinen zusammen mit sechsphasigen Wechselrichtern für den Einsatz in der Nutzfahrzeugtechnik bestens geeignet sind.weiterlesen