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16 www markttechnik de Nr 29 2020 Fokus|Antriebstechnik es noch viele weitere Anwendungen bei denen höhere Drehzahlen benötigt werden um die Bearbeitungsqualität zu verbessern oder die Produktionszeiten zu reduzieren« sagt Rolf Gerhardt Leiter Vertrieb Antriebselektronik bei Sieb & Meyer »Auch wenn wenig Bauraum vorhanden ist sind Hochgeschwindigkeitsmotoren eine gute Wahl Denn im Vergleich zu Standardmodellen sind sie extrem klein und leicht « Technische Herausforderungen von Hochgeschwindigkeitsmotoren Physikalisch bedingt ist jedoch nicht nur der Hochgeschwindigkeitsmotor selbst sondern auch seine Induktivität deutlich kleiner Dies macht es für heutzutage übliche StandardFrequenzumrichter mit Zwei-Level-Pulsweitenmodulation schwierig dem Motor die nötige Stromqualität zur Verfügung zu stellen Denn wegen der geringen Induktivität entstehen auf der gewünschten Sinuswelle deutliche Oberwellen im Motorstrom der sogenannte Ripple-Strom der ausschließlich Verluste im Motor erzeugt davon etwa 90 Prozent im Rotor In Verbindung mit der bauartbedingten kleinen Motorgröße ist es eine Herausforderung die Rotorund Wellentemperatur auf akzeptable Werte zu begrenzen Um die unerwünschten Oberwellen zu reduzieren werden zwischen Umrichter und Motor häufig Filter-Komponenten geschaltet entweder sogenannte Motordrosseln Induktivitäten oder auch LC-Filter bestehend aus Induktivitäten und Kondensatoren Beide Lösungen haben deutliche Nachteile bezüglich Kosten Platzbedarf Gewicht und Wirkungsgrad Bei den LC-Filtern treten nicht selten auch noch Schwierigkeiten mit Resonanzfrequenzen auf die große Probleme für Umrichter und Motor verursachen können wenn die Auslegung nicht sehr sorgfältig erfolgt Drei-Level-Technologie ermöglicht neue Anwendungen Am besten ist es jedoch man lässt die unerwünschten Oberwellen gar nicht erst zu oder reduziert sie bereits am Entstehungsort nämlich dem Umrichter auf ein für die jeweilige Applikation zulässiges Maß »Das kann unser Frequenzumrichter SD2M sicherstellen der auf einer Drei-Level-Pulsweitenmodulation beruht« verdeutlicht Rolf Gerhardt »Er erzeugt wesentlich bessere Stromqualitäten und als Folge auch deutlich geringere Temperaturen im Motor « Im direkten Vergleich reduzieren sich bei gleicher PWM-Frequenz die umrichterbedingten Zusatzverluste im Rotor um mehr als 80 Prozent In den meisten Fällen reicht das vollkommen aus um komplett auf LC-Filter oder Motordrosseln zu verzichten Die Drei-Level-Technologie des Frequenzumrichters SD2M ist für Ausgangsleistungen bis 432 kVA und Drehfeldfrequenzen bis 2000 Hz konzipiert Als Basis für kundenspezifische Entwicklungen ist es sogar möglich individuelle Kundenlösungen mit Motorströmen von bis zu 650 Azu realisieren wahlweise auf Basis einer Luftoder Flüssigkeitskühlung »Gerade weil sich die Rotor-Verluste massiv reduzieren lassen ist die Drei-Level-Technologie sehr wichtig für uns« betont Andreas Neubauer »Denn bei der Umsetzung kundenspezifischer Projekte sind wir in der Vergangenheit oft an den hohen Rotorverlusten gescheitert Der Hintergrund dafür ist dass oft keine aktive Kühlung des Rotors möglich ist und Wärmekonvektionen eingeschränkte Erfolge zeigen Durch die Drei-Level-Technologie werden anspruchsvolle Anwendungen mit hohen Drehzahlen und kompakten Bauräumen für ATE überhaupt erst realisierbar weil die Wärme gar nicht erst entsteht Vorher gab es in der erwähnten Anwendung als Turbo-Blower für Brennstoffzellen eine technische Grenze bei circa 20 kW jetzt sind durchaus 35 kW denkbar « Wie warm der Motor in einer hochdrehenden Maschine tatsächlich wird ist übrigens für ATE auch in der Planungsphase keine Spekulation mehr Denn das Unternehmen nutzt den Motor Analyzer den Sieb & Meyer für die Auslegung von Antrieben unter Berücksichtigung des jeweiligen Umrichters entwickelt hat »Das Tool ermöglicht es uns die Stromform zu simulieren und den Anteil von unsauberen Strömen im Voraus zu berechnen« betont Neubauer Die Frequenzumrichter der Baureihe SD2M bieten viel Leistung bei wenig Platzbedarf geringen Systemkosten und hohem Wirkungsgrad Die Geräte sind für anspruchsvolle Automatisierungsaufgaben im Hochgeschwindigkeitsbereich konzipiert dabei können Synchronoder Asynchronmotoren zum Einsatz kommen Sowohl sensorlose Anwendungen als auch solche mit Drehzahlsensor lassen sich flexibel und einfach realisieren Sieb & Meyer hat den Frequenzumrichter SD2M auf Basis der Drei-Level-Technologie entwickelt um PWMbedingte Rotorverluste deutlich zu reduzieren Neben Versionen für die dreiphasige Netzspannungsversorgung stehen auch Varianten mit DC-Versorgung bereit Sie machen es möglich den SD2M optional mit einem rückspeisefähigen Netzteil zu betreiben So können auch Applikationen die Vorteile der Drei-Level-Technologie nutzen bei denen prozessbedingt ein wiederholter Bremsbetrieb vorliegt ak ■ ATE hat sich auf hocheffiziente elektrische Antriebe für hohe Drehzahlen bzw Frequenzen spezialisiert ATE entwickelt für seine Kunden passende Antriebe und kann Empfehlungen zu geeigneten Frequenzumrichtern geben Bild ATE Bild ATE Bild Sieb & Meyer Die Qualitätsunterschiede im Motorstrom sind deutlich zu erkennen