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Allgemeine Maschinenregelung

Allgemeine Maschinenregelung

Im Folgenden finden Sie einen Überblick über unsere Kompetenzen im Bereich der Antriebsregelung.

Für eine effiziente und dynamische Regelung von Synchronmaschinen sind neben dem Rotorlage-Feedback noch weitere, vertiefte Kenntnisse notwendig. Als Experten auf dem Gebiet der Motorregelung verfügen wir über ein umfassendes Know-How und langjährige Erfahrung in der Entwicklung von sensorlosen Regelungsverfahren.

In Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung bestehen verschiedene Anforderungen an einen Antrieb. Während für kleine, günstige Systeme eine sehr recheneffiziente Regelung angestrebt wird, steht beispielsweise bei Traktionsmotoren Maximalmoment und Energieeffizienz im Vordergrund. Mit unserer anwendungsübergreifenden langjährigen Erfahrung in der elektrischen Antriebstechnik helfen wir Ihnen, die Grenzen des Systems optimal zu nutzen.

Beratungsleistungen - Consulting Services

Der Einsatz eines geregelten Antriebs ist notwendig, sobald der Antrieb einem vorgegebenen Sollsignal wie beispielsweise der Drehzahl, dem Drehmoment oder der Position folgen soll. Inwieweit die Maschine in der Lage ist, dem Sollwert zu folgen bzw. wie gut sie auf Störgrößen reagiert, bestimmt die Güte der Regelung.

Die Güte der Regelung wird durch folgende Faktoren beeinflusst:

  • Erforderliche Bandbreite/Dynamik
  • Genauigkeit der Sensoren (Strom und Position)
  • Verzögerungen in der Rückführung
  • Grenzen des Systems (Strom und Spannungsgrenzen)
  • Genauigkeit des Modells der Regelstrecke

Neben dem Erreichen einer möglichst guten Regelung streben viele Anwendungen zudem eine hohe Energieeffizienz des Antriebs an.

Wir haben unser Ziel, eine möglichst effiziente und performante Regelung zu gewährleisten, immer im Blick und setzen unsere Kompetenzen gezielt ein:

Stromregelung - Current regulationFür viele Anwendungen ist eine schnelle und robuste Stromregelung ausschlaggebend. Insbesondere bei der klassischen Kaskadenregelung, bei welcher sich die Stromregelung in der untersten Kaskade befindet, hängt die Performance aller weiteren Kaskaden von der Stromregelung ab. Die Herausforderungen bei der Anwendung einer schnellen Stromregelung liegen in der korrekten Kenntnis der Regelstrecke und im Umgang mit Rechentotzeiten.

Flusskarte - Electrical flow mapAufgrund magnetischer Sättigung der Maschine ändern sich die Induktivitätswerte arbeitspunktabhängig. Viele Strategien zur Regelung von Drehfeldmaschinen sind für ein lineares Verhalten zwischen Fluss und Strom ausgelegt, da dies bei vielen Maschinen näherungsweise auch zutrifft. Hierdurch ergeben sich allerdings deutliche Nachteile für Maschinen mit ausgeprägtem Sättigungsverhalten. Die Regelung einer Drehfeldmaschine mit ausgeprägten Sättigungseigenschaften ist daher von Grund auf neu auszuarbeiten, um eine optimale Regelung im Hinblick auf Effizienz und Dynamik zu erzielen.

Leistungsbereich - power rangeUm Drehfeldmaschinen im gesamten Drehzahlbereich – und auch darüber hinaus – dynamisch zu betreiben, reicht es nicht aus, eine MTPA-Regelung (Maximum Torque Per Ampere) anzuwenden. Speziell im mittleren und höheren Drehzahlbereich ist es erforderlich, die verbleibende Spannungsreserve optimal zu nutzen. Durch den Einsatz von intelligenten Sollwerttrajektorien kann ein stabiler und optimaler Betrieb an der Spannungsgrenze erreicht werden. In der Abbildung ist beispielhaft dargestellt, welche Erweiterung des Leistungsbereichs möglich ist, wenn eine intelligente Strategie Punkte abseits der MTPA wählt. Dies erfolgt jedoch nur bei Bedarf während Leistungsspitzen, denn für den stationären Betrieb wird der optimale Wirkungsgrad der MTPA genutzt.

Ideale Strommesstrategien - Ideal current measurement strategiesEine gute Strommessung ist für die Anwendung geberloser Verfahren essentiell. Aus diesem Grund haben wir eine große Expertise in diesem Bereich aufgebaut. Aber auch die Stromregelung profitiert von einer guten Strommessung, sodass sich die Performance des Gesamtsystems deutlich verbessern lässt. 

Mittels unserer Kerntechnologie dynAIMx® ist es möglich, ein geberloses System mit vergleichbaren Eigenschaften zu einem geberbehafteten System anzubieten. Um diesem Anspruch gerecht zu werden, müssen einige Aspekte für die Motor-Umrichter-Kombination berücksichtigt werden.

Neben der allgemeinen Antriebsregelung von Drehfeldmaschinen erstrecken sich unsere Kompetenzen auch auf die geberlose Rotorlageerfassung:

Motoreigenschaften - motor specificationsBei der geberlosen Regelung wird der Motor neben den Stromsensoren selbst als Sensor für die Rotorlageidentifikation verwendet. Aus diesem Grund eignet sich nicht jeder Motor gleich gut für diese Technologie. Insbesondere Bauformen, die auf Zahnspultechnologie aufbauen, stellen einen hohen Anspruch an die geberlose Regelung.

Strommessung - Current MeasurementBei der geberlosen Regelung ist die Strommessung die Informationsquelle zur Rotorlageberechnung, und ihre Signalqualität ausschlaggebend für die Eigenschaften des Rotorlagesignals. Hierbei muss die Strommessung nicht zwangsläufig teuer sein, da sich auch durch softwarebasierte Ansätze eine Verbesserung erzielen lässt. Es gibt hier – abhängig vom Leistungsbereich und vom Preissegment – eine Vielzahl herkömmlicher und neuer Ansätze, die idealer Weise noch in der Phase der Hardwarekonzeption diskutiert werden sollten.

Geräusch - NoiseFür niedrige Drehzahlen bzw. die Drehzahl Null ist die Information zur Rotorlage aus der Gegenspannung (EMK) nicht aussagekräftig. Aus diesem Grund bestimmt man in solchen Betriebspunkten die Rotorlage durch die Vermessung der Induktivitäten. Dabei entsteht ein hörbares Geräusch, das für sensible Anwendung nicht immer akzeptabel ist. Auch hier können Konzepte gewählt werden, die das Geräusch auf ein akzeptables Maß reduzieren oder mittels Verschiebung in den nicht hörbaren Bereich komplett aufheben.