Antriebstechnik Skripte machen Umrichter effizienter

Fast die Hälfte der elektrischen Energie fließt in elektrische Antriebe. Um den Ausstoß von klimaschädlichem Kohlendioxid einzuschränken, besteht demzufolge ein wesentlicher Hebel darin, solche Antriebe durch Umrichter effizienter zu machen. Das verlangt aber nach einfachen Umrichterlösungen.

Mit einer kontinuierlich wachsenden Bevölkerung steigt zwangsläufig auch der weltweite Bedarf an elektrischer Energie. Zwei Trends sind hierbei feststellbar: Zum einen legen die erneuerbaren Energien im Bereich der Energieerzeugung zu, zum anderen wächst die Forderung nach dem effizienten Einsatz von Energie. Dies spiegelt sich sowohl in strengeren Regulierungen als auch im wachsenden Umweltbewusstsein der Konsumenten wider.

Ein Ansatz für Energieeinsparungen sind Elektromotoren. Diese und die davon angetriebenen Systeme stehen beim weltweiten Strombedarf an erster Stelle. Studien gehen davon aus, dass beim Stromverbrauch zwischen 43 Prozent und 46 Prozent auf Elektromotoren entfallen (Bild 1[1]). Erst auf dem zweiten Platz folgt mit deutlichem Abstand die Beleuchtung.

Es ist also wenig verwunderlich, wenn der Trend im Bereich der Haushaltsgeräte ebenso wie im industriellen Segment eindeutig hin zu drehzahlgeregelten Antrieben (Variable Speed Drive, VSD) geht. Denn sowohl für Privathaushalte als auch für Industrieunternehmen ist der Stromverbrauch mit tendenziell steigenden Kosten verbunden.

Obwohl immer mehr Motoren elektronisch geregelt sind, stellen diese für die meisten Gerätehersteller kein Alleinstellungsmerkmal dar. Vielmehr wird die Motorregelung als funktionaler Baustein gesehen, insbesondere dann, wenn es sich um Hilfsfunktionen wie Abwasserpumpen in Spülmaschinen oder Lüfter in Mikrowellen handelt [2]. Punkten können Anbieter von Leistungshalbleitern deshalb vor allem dann, wenn sich mit integrierten Lösungen der Entwicklungsaufwand reduzieren lässt und der Einsatz eines Umrichters kostengünstiger wird.

Für solche Anwendungen bietet Infineon mit iMotion eine integrierte Lösung (Bild 2). Diese Produkte kombinieren die erforderliche Hardware mit einem einsatzbereiten Algorithmus, um Motor und PFC (Power Factor Correction) anzusteuern.

Die Anforderungen der Gerätehersteller im privatem wie auch im industriellen Bereich sind stark von der jeweiligen Applikation abhängig. Für den breiten Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen müssen integrierte Produkte daher eine Flexibilität anbieten, die über die reine Konfiguration von Motor und Leistungsstufe hinausgeht. Sowohl die vorherige iMotion-Generation wie die IRMCF100-Serie als auch die kommende IMC300-Familie sollen dieser Forderung durch Kombinieren des Motor-Controllers mit einem zusätzlichen Mikrocontroller gerecht werden.

Diese Dual-Core-Architektur bietet dem Geräteentwickler die volle Flexibilität, erhöht aber die Hardwarekosten und verlangt von ihm, den vollen Software-Entwicklungszyklus bis zur Freigabe oder Zertifizierung zu durchlaufen. Überwiegend kommen Anwendungen allerdings ohne diese volle Flexibilität aus. Hier wäre es wünschenswert, eine einfachere und kostengünstigere Möglichkeit zu haben, kundenspezifische Anpassungen vorzunehmen.

Erst vor kurzem hat Infineon die iMotion-Controller-Familie IMC100 eingeführt. Diese basiert auf einer neuen Hardware-Architektur, die moderne analoge und digitale Peripheriemodule mit einem 32-Bit-Rechenkern verbindet. Mit dem Fokus auf kostensensitiven Anwendungen kommt bei den IMC100 nur ein einzelner Kern zum Einsatz.