Für jede Nische passend Antriebsverstärker für Hochgeschwindigkeits-Anwendungen

Die Entwicklung und Fertigung von Antriebsverstärkern für Hochgeschwindigkeitsanwendungen ist ein Nischenbereich – aber ein komplexer, denn es gilt, eine Vielzahl von Anwendungen mit unterschiedlichen Anforderungsprofilen zu bedienen. Wichtig hierfür ist ein umfassendes Produktportfolio.

Eine grundlegende Herausforderung bei der Entwicklung von Antriebsverstärkern für Hochgeschwindigkeits-Anwendungen ist es, die erforderliche Drehfeldfrequenz bereitzustellen. Darüber hinaus sind die technischen Rahmenbedingungen komplex, denn Hochgeschwindigkeits-Motoren erzeugen ihre Leistung über die Drehzahl und nicht über das Drehmoment. Näherungsweise verhält sich das Rotorvolumen proportional zum Kehrwert der Drehzahlerhöhung. Bei der zehnfachen Drehzahl verringert sich also das Rotorvolumen auf ein Zehntel. Daraus ergibt sich eine Schwierigkeit, weil das geringe Rotorvolumen und die daraus resultierende Rotoroberfläche nur eine eingeschränkte Wärmeabfuhr erlauben. Das wirkt sich vor allem dann negativ aus, wenn die Motoren im Vakuum oder in Gasen mit geringer Wärmeleitfähigkeit betrieben werden.

Dazu kommt, dass die wirksame Motorinduktivität bei Hochgeschwindigkeits-Motoren genau wie das Rotorvolumen mit zunehmender Drehzahl sinkt. Entsprechend nimmt die Glättung des Ripple-Stroms proportional zur Motorinduktivität ab. Das Problem hierbei ist, dass diese harmonischen Stromanteile nicht vernachlässigbare Zusatzverluste im Motor verursachen; circa 90 % der umrichterbedingten Verluste entstehen im Rotor. Die Verluste wiederum führen zu einer größeren Wärmeentwicklung und Lagerbelastung. Aufgrund der eingeschränkten Wärmeabfuhr bzw. Kühlung müssen die Antriebsverstärker die Verluste im Motor, das heißt im Rotor, auf ein Maß reduzieren, das einen sicheren Betrieb gewährleistet.

Große Vielfalt bei den Anwendungen

Zusätzlich ergeben sich aus den jeweiligen Anwendungen individuelle Anforderungen. Die Anzahl der Einsatzbereiche ist groß und die Antriebsverstärker müssen sämtliche Optionen abdecken. Berücksichtigt werden muss zum Beispiel: Erfolgt der Antrieb über Asynchron- oder Synchronmotoren? Läuft der Rotor im Vakuum oder wird er aktiv flüssigkeitsgekühlt? Ist ein Betrieb mit fester Drehzahl oder eine hochdynamische Positionierung gewünscht? Soll die Montage des Antriebsverstärkers im Schaltschrank erfolgen oder gibt es andere kundenspezifische Vorgaben? Auch müssen häufig unterschiedliche Motoren mit nur einem Antriebsverstärker angetrieben werden. Und zuletzt kommt es darauf an, was man unter einer Hochgeschwindigkeitsanwendung versteht. Denn das Wort Hochgeschwindigkeitsanwendung wird sowohl für Applikationen mit einer Leistung von 1 kW bei einer Drehzahl von 300.000 min–1 (5000 Hz) als auch für solche mit einer Leistung von 250 kW bei einer Drehzahl von 30.000 min–1 (500 Hz) verwendet. Folglich kann es keinen universalen Antriebsverstärker geben. Sieb & Meyer deckt die unterschiedlichen Anwendungsfälle mit insgesamt sieben verschiedenen Antriebsverstärkern ab. Dazu zählen der SD2 für Mehrachsanwendungen, der vielseitig einsetzbare SD2S (Bild 1), die Komplettlösung SD2T sowie der SD2M, der auf der Multi-Level-Endstufentechnik basiert. Dabei unterstützen die Antriebsverstärker teilweise mehrere Antriebsarten (siehe Tabelle)

Antriebs-
funktion

EigenschaftenSD2SD2SSD2S
FPAM
SD2TSD2BSD2MFC2
SVC
  • geberlos
  • synchron rotativ
  • bis 2000 Hz (120.000/min)
XXXXXX 
HS-Block
  • Hall-Geber
  • synchron rotativ
  • bis 6000 Hz (320.000/min)
XXX  X 
FPAM
  • geberlos
  • synchron rotativ
  • bis 8000 Hz (480.000/min)
  X    
U/f-PAM
  • geberlos
  • asynchron rotativ
  • bis 8000 Hz (480.000/min)
  XX XX
U/f-PWM
  • geberlos
  • asynchron rotativ
  • bis 2000 Hz (120.000/min)
XX  XX 
Servo/
Vector
  • Resolver, TTL-Encoder,
    Sin/Cos 1 Vss, EnDat
  • synchron/asynchron rotativ und linear
  • bis 2000 Hz (120.000/min)
XX     

 

Sie sieben verschiedenen Antriebsverstärker sind zum Großteil mit verschiedenen Antriebsarten erhältlich. (Quelle: Sieb & Meyer)