Für jede Nische passend
Antriebsverstärker für Hochgeschwindigkeits-Anwendungen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Applikationen in der Halbleiterindustrie
Sowohl die Wahl des Antriebsverstärkers als auch der richtigen Antriebsart ist entscheidend für den gewünschten Erfolg. Der Antriebsverstärker SD2S ist mit der Antriebsfunktion HS-Block (High-Speed-Blockkommutierung) erhältlich, die zum Beispiel für Applikationen in der Halbleiterindustrie benötigt wird (Bild 2). Sie wird dort zur Vereinzelung von Wafern (Dicing) verwendet. Dabei kommen permanenterregte, vier- bis sechspolige Synchronmotoren mit Drehzahlen bis 120.000 min–1 zum Einsatz, die hochgenaue, luftgelagerte Spindeln mit einer typischen Leistung zwischen 600 und 2400 W antreiben. Mit der Antriebsfunktion HS-Block lassen sich die Spindeln mittels einer Hall-Geber-basierten Drehzahlrückführung mit Drehfeldfrequenzen bis 6000 Hz betreiben. Dabei wird nicht nur eine hohe Drehzahlstabilität bei Laständerungen gewährleistet, sondern auch eine geringe Spindelerwärmung, sodass ungünstige thermische Ausdehnungen vermieden werden. Auch eine hohe mechanische Steifigkeit der Spindeln stellt eine wichtige Voraussetzung für den beschriebenen Applikationsbereich dar. Eine hohe Störfestigkeit der Hall-Sensor-Auswertung sorgt zudem für eine hohe Regelungsgüte bezüglich Gleichlauf und Dynamik im Lastfall.
HS-Spindeln in Schleifmaschinen
Die Antriebsart U/f-PWM (Pulsweitenmodulation mit U/f-Steuerung), die zum Beispiel bei den Antriebsverstärkern SD2M und SD2S verfügbar ist, eignet sich hingegen speziell für Schleifanwendungen, bei denen Asynchronmotoren mit mittleren Drehzahlen bis 120.000 min–1 zum Einsatz kommen. Mittels der U/f-Kennlinie lässt sich die Motor-Parametrierung mit grafischer Unterstützung vornehmen. Gerade im Bereich der Schleifanwendungen ist eine solche Nutzung der U/f-Kennlinie eine etablierte Form der Motorparametrierung. Der Antriebsverstärker SD2S verfügt darüber hinaus über andere Funktionen, die bei Schleifanwendungen hilfreich sein können (Bild 3). In dem Gerät lassen sich bis zu 64 Parametersätze für unterschiedliche Spindeln vorhalten. Über die Steckerkodierung der jeweiligen Motorspindeln erkennt der Antriebsverstärker, welcher Parameteraufsatz gefahren wird. Eine weitere Funktion ist die dynamische Wirklasterkennung. Damit wird es beispielsweise möglich, den Antriebsverstärker ohne zusätzliche externe Hardware zum Erkennen der Werkstückoberfläche zu nutzen. Dies hilft bei einer effizienteren Gestaltung des Bearbeitungsprozesses, denn beim Erreichen der Oberfläche – also ab dem Lastsignal – schaltet das Gerät automatisch von einem schnellen Vorschub auf den Bearbeitungsvorschub um. Beim Betrieb von Schleifmaschinen kann zudem eine Kollisionsüberwachung erfolgen.
Geregelte Zwischenkreisspannung
Die Alternative zu einer konventionellen Ausführung mit fester Zwischenkreisspannung und Pulsweitenmodulation ist eine Umrichtertopologie mit geregeltem Zwischenkreis und Pulsamplitudenmodulation (PAM). Sie ist bei den Produktreihen SD2S und SD2T verfügbar und unterstützt hohe Drehzahlen bis 480.000 min–1. Der Unterschied liegt in dem zusätzlichen geregelten DC/DC-Wandler, der die variable Regelung der Zwischenkreisspannung ermöglicht. In Kombination mit der PAM kann so eine Ausgangsspannung geliefert werden, deren Amplitude unabhängig von der Drehfeldfrequenz ist. Aus dieser Lösung resultieren grundsätzliche Vorteile: Die blockförmige Ausgangsspannung weist nur geringfügige niederfrequente harmonische Stromanteile auf; die Motorinduktivität ist voll wirksam. Dadurch werden die umrichterbedingten Motorverluste so weit reduziert, dass auf externe Motordrosseln komplett verzichtet werden kann. Es besteht also 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 auch niedrigere harmonische Oberwellen auftreten. Dies hat eine geringere Motorerwärmung zur Folge. Aufgrund der geringen Schaltfrequenz sind Probleme in Bezug auf die elektromagnetische Verträglichkeit oder die Motorisolation nicht zu befürchten. So lässt sich von Motor und Leistungselektronik gleichermaßen ein hoher Wirkungsgrad erzielen.
Viele Antriebsarten
Insgesamt deckt Sieb & Meyer mit seinen sieben Antriebsverstärkern sechs Antriebsarten ab. Dazu kommen noch kundenspezifische Entwicklungen. So hat das Unternehmen zum Beispiel für CO2-Lasergebläse einen maßgeschneiderten Antriebsverstärker mit der Antriebsart FPAM (Fluss-Pulsamplitudenmodulation) konzipiert. Er ermöglicht den Betrieb von hochdrehenden Synchronmotoren im Drehzahlbereich bis etwa 480.000 min–1 und sorgt für besonders geringe umrichterbedingte Motorverluste.
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