Motoransteuerung leicht gemacht

Moderne Haushaltsgeräte müssen heute einen hohen Wirkungsgrad bieten, gleichzeitig zuverlässig arbeiten und dürfen nicht zu teuer sein. Ein zentraler Ansatzpunkt ist die Motoransteuerung in einem Haushaltsgerät, wie der Kompressormotor in Kühl- und Gefriergeräten oder der Motor in Waschmaschinen und Staubsaugern. Optimierte Leistungsmodule erleichtern dem Entwickler von Haushaltsgeräten die Arbeit.

Moderne Haushaltsgeräte müssen heute einen hohen Wirkungsgrad bieten, gleichzeitig zuverlässig arbeiten und dürfen nicht zu teuer sein. Ein zentraler Ansatzpunkt ist die Motoransteuerung in einem Haushaltsgerät, wie der Kompressormotor in Kühl- und Gefriergeräten oder der Motor in Waschmaschinen und Staubsaugern. Optimierte Leistungsmodule erleichtern dem Entwickler von Haushaltsgeräten die Arbeit.

Seit fast einem Jahrhundert ist der Induktionsmotor das Arbeitspferd der Haushaltsgeräteindustrie. Viele der neuen Steuerungen mit variabler Frequenz verwenden ebenfalls den Induktionsmotor. Bei den neueren Haushaltsgeräten jedoch setzen einige bereits effizientere, kompaktere und leichtere Motoren ein. Diese neuen Motorarten lassen sich unterteilen in bürstenlose Gleichstrommotoren (DC-Motoren) und geschaltete Reluktanzmotoren (SR-Motoren).

Bürstenlose DC-Motoren mit frequenzvariablen Ansteuerungen befinden sich in vielen Haushaltsgeräten im Einsatz. Zum einen weisen diese effizienten und vielseitigen Motoren ein hohes Drehmoment/Gewicht-Verhältnis auf. Aber auch die hohen Preise für Energie und Eisen erhöhten das Interesse an bürstenlosen DC-Motoren. Die Hauptargumente gegen die weite Adoption dieses Motortyps in noch viel mehr Haushaltsgeräten sind die Kosten und die Komplexität der Ansteuerung des Antriebs. Außerhalb des Haushaltsgerätemarkts hat die Popularität der bürstenlosen Motoren vor allem wegen der höheren Kosten stetig abgenommen. Neue populäre Anwendungen wie Hybridautos, die bürstenlose DC-Motoren verwenden, dürften daher eine Schlüsselrolle bei der weiteren Kostensenkung dieser Motoren in der Zukunft sein.

SR-Motoren sind populär in bestimmten Applikationen, wie Staubsaugern und elektrischen Handwerkszeugen, bei denen es nicht so sehr auf die Motorengeräusche und Drehmomentschwankungen (torque ripple) ankommt. Dieser Motortyp bietet ein hohes Drehmoment und hohe Umdrehungszahlen bei sehr geringen Kosten.

Sowohl die bürstenlosen DC-Motoren als auch die SR-Motoren setzen typischerweise einen Mikrocontroller (MCU) oder digitalen Signalprozessor (DSP) zur Erzeugung der Ansteuersignale ein, die dann mit Leistungs-MOSFETs oder IGBTs verstärkt werden.

Steuerungen mit variabler Frequenz lassen sich unterschiedlich entwickeln.

Die populärste Antriebsschaltung mit niedriger Frequenz für einen typischen Dreiphasenmotor zeigt Bild 1.

Sind ein höherer Wirkungsgrad und bessere Leistungskenndaten gefragt, empfiehlt sich ein PWM-Ansatz für die Erzeugung der sinusförmigen Signale. Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades bringt eine Raumvektor- Modulationsschaltung nach Bild 2.