Ein ganz spezieller Regelfall

Umrichter mit geregeltem Zwischenkreis überzeugt bei Top-Speed

Hochgeschwindigkeitsmotoren werden oft durch wärmesensible Bauteile Grenzen gesetzt, um thermische Zerstörung zu vermeiden. Bei der durch Frequenzumrichter verursachten Motorerwärmung hat die Lüneburger SIEB & MEYER AG angesetzt und Geräte mit geregeltem Zwischenkreis konzipiert. Sie ermöglichen wärmereduziertes Spitzentempo.

In diesem Anwendungsbereich spielt neben der eigentlichen Motorperformance die durch den Frequenzumrichter verursachte Motorerwärmung eine funktionskritische Rolle. Gegenüber langsam laufenden Motoren weisen die Hochgeschwindigkeitsgeräte ein weitaus geringeres Rotorvolumen auf. Dadurch sind die Gegebenheiten für eine Wärmeabsorbierung bzw. Abstrahlung entsprechend niedriger. Als Folge stellt sich – bei gleichen auftretenden Motorverlusten – eine höhere Rotorerwärmung ein. Diese kann jedoch schnell zu einer thermischen Zerstörung der Motoren führen.

Daher bietet SIEB & MEYER in den Produktreihen SD2S und SD2T eine Umrichtertopologie mit geregeltem Zwischenkreis und Pulsamplitudenmodulation (PAM). Der Unterschied zur konventionellen Ausführung mit fester Zwischenkreisspannung und Pulsweitenmodulation (PWM) der getakteten Leistungsendstufe liegt in dem zusätzlichen geregelten DC/DC-Wandler; er ermöglicht die variable Regelung der Zwischenkreisspannung. In Kombination mit der PAM kann so eine Ausgangsspannung geliefert werden, deren Spannungshöhe unabhängig von der Drehfeldfrequenz ist.

Bestleistung ohne Hindernisse

Aus dieser Lösung resultieren grundsätzliche Vorteile: Die blockförmige Ausgangsspannung weist nur geringfügige niederfrequente harmonische Stromanteile auf, die Motorinduktivität ist voll wirksam. Dies reduziert die umrichterbedingten Motorverluste so weit, dass auf externe Motordrosseln komplett verzichtet werden kann. Es besteht gewissermaßen keine Begrenzung in Bezug auf die mögliche Drehfeldfrequenz, da ihr die Endstufentaktung jeweils entspricht. Der Motor wird nur mit der für den Betriebspunkt definierten Spannung beaufschlagt, sodass speziell bei niedrigeren Drehzahlen niedrigere harmonische Oberwellen auftreten. Dies hat eine geringere Motorerwärmung zur Folge. Aufgrund der sehr geringen Schaltfrequenz sind Probleme in Bezug auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) oder die Motorisolation nicht zu befürchten. Statt Entweder-Oder lässt sich von Motor und Leistungselektronik gleichermaßen ein sehr guter Wirkungsgrad erzielen.

Je nach Motor bieten sich spezifische Vorteile: Bei HS-Asynchronmotoren sind dies die sensorlose Regelung mittels einfacher und robuster U/f-Parametrierung und eine überdurchschnittliche Leistungsfähigkeit sowie beste Rundlaufeigenschaften im niedrigen Drehzahlbereich (< 500 Hz) durch PWM-Ansteuerung mit der dem Betriebspunkt angepassten Zwischenkreisspannung. Bei HS-Synchronmotoren überzeugt die robuste sensorlose Regelung mit hoher Dynamik und in einem weiten Drehzahlbereich, ab zirka zwei Prozent der Nenndrehzahl. Zudem sind nur wenige Parameter zur Inbetriebnahme notwendig und sehr gute Regeleigenschaften auch bei größeren Parametertoleranzen gewährleistet.

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