Elektroantrieb für eine Solar-Motorflugzeug

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Elektroantrieb für eine Solar-Motorflugzeug

Beyer, S. / Degele, B. / Jajtic, Z. / Tareilus, G. / Weh, H.

Ein am Institut für Elektrische Maschinen, Antriebe und Bahnen der TU Braunschweig entwickeltes Antriebssystem mit Transversalflußmotor (TF-Motor) für den Solar-Motorsegler Icare 2, ein Gemeinschaftsprojekt der Universität Stuttgart und der TU Braunschweig wird beschrieben. Der Antriebsstrang mit den Einzelkomponenten Solargenerator, MPP-Tracker, Batterie, Wechselrichter, Motor und Propeller und die Steuerungselektronik für die drei Bereiche MPP-Tracking, Batteriemanagement und Wechselrichtersteuerung mit eigenständigen Mikrorechnereinheiten für die Kommunikation mit dem Piloten, der Aufbau des Solargenerators aus acht einzelnen Solarsträngen mit Reihenschaltung von 360 monokristallinen Siliziumzellen, 215 V Leerlaufspannung bei voller Sonneneinstrahlung, einer Fläche von 21 m₂ und einer Leistung von 1785 W bei mittlerer Sonneneinstrahlung, der Betrieb der acht Solarstränge an einem MPP (Maximum Power Point)-Tracker mit ständiger Messung der abgegebenen Leistung, vier parallelgeschaltete Batteriestränge mit jeweils 94 in Reihe geschalteten NiCd-Akkus als Starthilfe und ein Mikrocontroller als zentrales Element der Antriebssteuerung mit ständiger Überwachung der Strangströme, der Motor-/Wechselrichter-Temperatur sowie der Versorgungsspannungen werden erläutert. Nach Vorgabe eines Soll-Moments mit Hilfe eines Potentiometers durch den Piloten erfolgt die Einstellung der Maschinenströme durch eine analoge Zweipunkt-Stromregelung auf die gewünschten Sollwerte. Die Ausführung des Wechselrichters mit Mosfet-Halbleiterschaltern für die Erzeugung des für den drehzahlvariablen Betrieb erforderlichen frequenz- und spannungsvariablen zweiphasigen Wechselspannungsnetzes, die Anforderungen an die TF-Maschine für den Steig- und Horizontalflug und die Montage des Motors im Kreuzungspunkt des T-förmigen Leitwerks am Heck sowie die Sonderausführung der zweisträngigen TF-Maschine mit Stator und geteiltem Seitenrotor mit Kraftdichten von 90 kN/m₂ über 10 min und einer Leistungsdichte von 1,03 kW/kg werden erörtert.