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Antriebstechnik: Die Herausforderungen im High-Speed-Bereich

Fortsetzung des Artikels von Teil 5.

Synchronmotoren sensorlos regeln

Werden aufgrund der besseren energetischen Eigenschaften die Asynchronmotoren durch Synchronmotoren ersetzt, so muss auch weiterhin ohne Geber ge-arbeitet werden. Vor diesem Hintergrund wurde von LTi ein sensorloses Regelungsverfahren in die Servoregler integriert, das als erweitertes Kalman-Filter (EKF) implementiert ist. Zur Drehzahl- und Lage- bestimmung wertet dieses Verfahren gleichzeitig die elektromotorische Kraft (EMK) in Amplitude und Phase sowie die Anisotropien des Motors über die Bestimmung einer Induktivitätsdifferenz aus, wodurch er auch im Stillstand unter definierten Randbedingungen regelbar ist.

Bisher sprach die Einstellung der vielen Parameter gegen den Einsatz eines EKF. Dieses wurde durch die Entwicklung einer neuartigen Selbsteinstellung relativiert: Während der Inbetriebnahme sind nur die Nenndaten des Synchronmotors und möglichst auch das Trägheitsmoment der angekoppelten Last vorzugeben. Der Servoregler ermittelt mit Hilfe eines in­tegrierten Testsignalgenerators die elek­trischen Parameter (Widerstand und Induktivitäten). Anschließend berechnet er daraus alle Parameter für das sensorlose Modell und die feldorientierte Stromregelung sowie eine Grundeinstellung für den Lage- und Drehzahlregelkreis.

Zusammenfassend lässt sich festhalten: Durch verschiedene Arten von Pa­rallelschaltungen von High-Speed-Servoregler für Motorfrequenzen bis 4000 Hz, wie sie LTi im Portfolio hat, sind bis zu 300 kW Antriebsleistung bei 16 kHz Schaltfrequenz möglich. Durch diese neuen Schaltungstopologien lassen sich zusätzliche Systemkomponenten wie LC-Filter oder Drosseln für den High-Speed-Bereich verkleinern oder ganz eliminieren. Darüber hinaus können High-Speed-spezifische Sensorsysteme ausgewertet oder durch die sensorlose Regelung ganz entfernt werden. Dies erlaubt letztlich auch den energieeffizienten Umstieg vom gesteuerten Asynchronmotor auf den Synchron­motor.

Autor: Jörg Brinkemper ist Produktmanager für Servosysteme bei der LTi Drives in Lahnau.