Asynchronmotore sind in der Antriebstechnik robuste, wartungsfreie und falls erforderlich auch explosionsgeschützte Antriebselemente. Mit den Nordac-Frequenzumrichtern lassen sich für sie optimale Regelungsverfahren verwirklichen.
Dr.-Ing. A. Hermeyer, Dipl.-Ing. W. Foltin
Die Nordac-Vector-Frequenzumrichter verfügen über einen Leistungsbereich von 0,25 bis 132 kW und arbeiten mit asynchronen Blockgehäusegetriebemotoren im Drehmomentenbereich von 10 bis 100 000 Nm zusammen. Die Frequenzumrichter sind in den drei wesentlichen Steuer- und Regelungsvarianten zur Drehzahlregelung äußerst leistungsfähig.
Frequenz-Spannungsstellung
Die Frequenz-Spannungsstellung eines Asynchronmotors wird bei geringen Anforderungen an die Drehzahlkonstanz eingesetzt. Dabei ist die eigentliche Stellgröße zur Veränderung der Drehzahl n die Speisefrequenz des Asynchronmotors. Die Drehzahl berechnet sich dabei mit
n = (1-s)•f•60/(p/2)
wobei
s der Schlupf am Nennpunkt
(ca. 0,02 bis 0,06),
f die Speisefrequenz und
p die Polzahl des Asynchronmotors ist.
Eine Frequenzstellung bei konstanter Spannung führt aber wegen der direkten Abhängigkeit des feldbildenden Stromes Iµ von der Frequenz zur Feldschwächung bei steigender Frequenz und zur Sättigung der Magnetkreise im Asynchronmotor bei fallender Frequenz.
Um diesen Mangel auszugleichen, wird im Drehzahlbereich unterhalb der Nenndrehzahl die Spannung proportional zur Frequenz mitgeführt. Dabei ergibt sich bei tiefen Frequenzen ein relativ vergrößerter Spannungsabfall am Statorwiderstand des Asynchronmotors. Dieser ist durch eine Spannungsanhebung (Boost) mehr oder weniger gut ausgleichbar. Drehmomenteinbußen sind jedoch vor allem im Überlastbereich nicht vollständig zu vermeiden.
Im Bereich oberhalb der Nennfrequenz kann die Spannung nicht mehr angehoben werden. Daraus folgt ein Abfall des Magnetisierungsstromes und damit des verfügbaren Dauerdrehmomentes um den Faktor 1/f. Man spricht hier vom Bereich konstanter Leistung. Unter bestimmten Einsatzbedingungen ist es möglich, diesen Bereich um den Faktor 1,73 nach oben zu verschieben.
Sensorlose Vektorregelung
Die ISD-Regelung bzw. sensorlose Vectorregelung vermeidet die oben beschriebenen Nachteile weitestgehend. Dabei ist die regelungstechnisch entkoppelte Steuerung des feldbildenden Stromes und des Drehmomentes im Asynchronmotor möglich. Der Betriebszustand des Asynchronmotors wird über ein im Umrichter abgelegtes Motormodell berechnet. Hierzu ist lediglich die Eingabe der Typenschilddaten des Asynchronmotors erforderlich. Eine Drehzahlrückführung (Drehzahlgeber am Antrieb) ist nicht notwendig. Die Ausgangsspannung des Umrichters paßt sich der Frequenz und der Belastung des Motors optimal an, so daß auch bei kleinen Frequenzen bzw. Drehzahlen das volle Drehmoment bis in den Überlastbereich zur Verfügung steht. Dies ist besonders beim Anfahren mit großem Drehmoment, zum Beispiel bei Rührwerken, von besonderem Interesse.
Regelung mit Drehzahlrückführung
Bei extremen Anforderungen an die Drehzahlregelung oder zur Überwachung der Drehzahl ist eine Drehzahlrückführung (z.B. inkrementaler Geber am Motor bzw. einem anderen Antriebselement) erforderlich. Zur Drehzahlregelung steht jetzt ein weiterer Istwert – die Drehzahl – zur Verfügung. Die Berechnung der Stellgrößen ist dadurch noch exakter und schneller möglich. Der Antrieb erreicht bezüglich des dynamischen und statischen Drehzahlverhaltens die Eigenschaften eines geregelten Gleichstromantriebs, ohne daß dessen Nachteile auftreten.
Die aufgeführten Varianten zur Drehzahlregelung werden in den Vector-Geräten durch umfangreiche Möglichkeiten zur Drehmomentsteuerung und -überwachung ergänzt.
Weitere Informationen cav-205
• Vier online umschaltbare Parametersätze zur Anpassung des Betriebsverhaltens oder zur Umschaltung auf einen anderen Antriebsstrang
• Integrierter PID-Regler am zweiten Analogeingang (0…10V/4mA … 20 mA) zur Abarbeitung übergeordneter Regelungsaufgaben wie zum Beispiel Druck- oder Temperaturregelungen
• Festfrequenzen zum Abrufen verschiedener prozeßbedingter Arbeitsdrehzahlen
• Sollwertverzögerung zur Steuerung einer elektromagnetischen Bremse
• Rampenverrundung zum Sanftanlauf (Vermeidung eines Rucks)
• Fangschaltung zum Zuschalten auf den drehenden Antrieb
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