Mit fortschreitender Entwicklung hat die Leistungselektronik einen immer größeren Anteil an der Energienutzung. Die Leistungselektronik hat sich aus der Stromrichtertechnik entwickelt und findet besonders in der Energietechnik und gerade im Bereich der Antriebstechnik Anwendung.
Bei der Umwandlung elektrischer Energie sind vier Grundfunktionen und die diese ausführenden Stromrichter zu unterscheiden:
Gleichrichten-> Umwandlung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung -> Gleichrichter (steuerbar oder nicht steuerbar)
Wechselrichten -> Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom -> Wechselrichter (steuerbar oder nicht steuerbar)
Wechselstromumrichten -> Umwandlung einer Wechselspannung mit Frequenz f1 in eine Wechselspannung der Frequenz f2 ungleich f1 -> Wechselstromumrichter (auch kurz Umrichter genannt) können als Zwischenkreisumrichter, als Direktumrichter oder als Wechselstromsteller ausgeführt werden. Gleichstromumrichten -> Umwandlung einer Gleichspannung in eine andere Gleichspannung anderer Spannungshöhe -> Gleichstromumrichter können als
Zwischenkreisgleichstromumrichter oder als Gleichstromsteller ausgeführt werden. In der Antriebstechnik übernimmt die Leistungselektronik die Aufgaben der Bereitstellung der elektrischen Spannung in für die Antriebsaufgabe benötigter Höhe und Frequenz. Die Regelung des Antriebs ist ebenfalls in der Leistungselektronik angelegt.
Quelle: Dipl.-Ing. Cornelia Stübig
Leibniz-Universität Hannover
Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik (IAL)
Fachgebiet Elektrische Maschinen und Antriebssysteme
Sensorlose Regelung
Systemvorteile
Sensorlose Regelung von Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSMs) bietet überzeugende Vorteile bei einer gewissen Klasse von Antrieben im Vergleich zu sensorbehafteten Systemen:
-
keine mechanischen Sensoren einschließlich der nötigen Stecker, Kabel und Signalverarbeitung nötig
-
reduzierte Anzahl von Hardwarekomponenten erhöht die MTBF ("mean time between failures")
-
reduzierte Kosten des Antriebs
- geringerer Platzbedarf durch Wegfall des Gebersystems
Vorteilhafte Anwendungsgebiete
Diese Eigenschaften ermöglichen einen vorteilhaften Betrieb in folgenden Anwendungen:
-
raue Umgebungsbedingungen (Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Beschleunigungen und Schockbeanspruchungen auf den Antrieb)
-
lange Distanzen zwischen Umrichter und Motor
- synchron laufende und positionierbare Antriebe mittlerer Genauigkeit
- hohe Losbrechmomente
-
Höchstdrehzahlantriebe
Vorteile gegenüber Asynchronmaschinen
Im Vergleich zu Antrieben mit Asynchronmaschinen (ASMs) ergeben sich weitere Vorteile durch folgende Eigenschaften des sensorlosen PMSM-Antriebs:
-
deutlich besserer Wirkungsgrad durch geringe Rotorverluste
- dadurch geringere Kühlleistung nötig
- Möglichkeit der sensorlosen Positionierung
- Möglichkeit der integralgenauen sensorlosen Drehzahlregelung (wichtig für Gleichlaufantriebe)
-
höchste Leistungsdichte
- Ausführung als hochpolige Motoren mit großem Luftspalt möglich (entsprechende ASMs benötigen einen sehr kleinen Luftspalt)
Beschränkungen
Natürlich ergeben sich auch Beschränkungen durch den Entfall des Lagesensors:
-
reduzierte Positioniergenauigkeit (typische "Sensorlos-Genauigkeit" liegt bei einigen elektrischen Grad (3-6 Grad el.)
-
leichte Reduktion der Genauigkeit der Drehmomentbildung (im allgemeinen vernachlässigbar... siehe später)
-
Reduktion der Antriebsdynamik durch weniger steife Lageregler (ansonsten schlägt die Positionsunschärfe in den Drehmomentsollwert als unangenehmes Rauschen im Strom durch)
- häufig reduzierte Überlastfähigkeit
-
erhöhtes Geräuschniveau und leicht erhöhte Verluste bei Sensorlos-Verfahren mit "aktiven Tests".
Quelle: Seminar "Sensorlose Regelungen von Permanentmagnet-Synchron-Motoren bis Stillstand", Prof. Manfred Schrödl, TU Wien
Elektrische Antriebe mit digitaler Regelung benötigen Stromsensoren sowie Drehzahl-/Positionssensoren. Eine technische Schwachstelle sind die Positions-/Drehzahlgeber.
|
