Sie sind hier: HomeFeldebeneAntriebe

Antriebstechnik: Die Herausforderungen im High-Speed-Bereich

Fortsetzung des Artikels von Teil 4.

Schaltende Hallsensoren statt Resolver und optische Geber

Für die angestrebten hohen Drehzahlen sind die in der Servotechnik eingesetzten Gebertypen, wie Resolver und optische Geber, ungeeignet. Spezielle Drehgeber – zum Beispiel Zahnradgeber mit SinCos-Spuren – scheiden zudem in einigen Anwendungen aus Kostengründen aus. Als Alternative hierzu bieten sich für High-Speed-Anwendungen, die in der Regel geringere Dynamikanforderungen an die Drehzahlregelung stellen, schaltende Hallsensoren an. Sie sind preiswert und lassen sich einfach in den Motor integrieren.

Bei zwei „elektrisch“ um 90° versetzten Hall-Elementen ist die Rotorlage nach einer Vierfachauswertung der Sensorsignale mit einer Genauigkeit von 45° bekannt. Wird im Stillstand nicht das Nenndrehmoment des Motors gefordert, reicht diese Lage-Information aus, um den Antrieb sicher zu beschleunigen. Die in Kauf zu nehmende Drehmomenteinbuße beträgt dann maximal 29 %. Die grob quantisierte Rotorlage wird durch einen PLL-Regelkreis interpoliert, so dass mit zunehmender Drehzahl ein gut aufgelöster Schätzwert der Rotorlage vorliegt und die Synchronmaschine exakt polradorientiert arbeitet. Die maximale Drehmomentausbeute ist somit im mittleren und oberen Drehzahlbereich sichergestellt. Dabei erfordert die eingeschränkte Auswahlmöglichkeit an Gebersystemen den Einsatz einer sensorlosen Motorregelung, zumal oft nur eine Drehzahlregelung und keine Positionierung verlangt wird. Neben der klassischen und für den Hochgeschwin­digkeitsbereich angepassten U/f-Kennliniensteuerung, die besonders bei Asynchronmotoren Einsatz findet, wurde deshalb ein sensorloses Verfahren zur Drehzahlregelung für Synchronmotoren entwickelt.

Es basiert auf einem erweiterten Kalman-Filter, welches derart in die Antriebsregler integriert ist, dass es auch mit der im FPGA implementierten Stromregelung zusammenarbeitet.