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Schlaue Elektronik macht Motoren effizienter

18.11.2008
Die Elektronik ist auch in der Antriebstechnik die innovativste Sparte. Die Antriebssteuerung trägt dazu bei, den Motor im jeweiligen Belastungszustand so energieeffizient wie möglich zu betreiben. Im Segment der Umrichtertechnik wird deshalb auch weiterhin mit einer steigenden Nachfrage gerechnet.

Der Trend in der Antriebstechnik wird von der Nachfrage bestimmt. Und nachgefragt werden derzeit energieeffiziente Antriebe oder Produkte, die Motoren energieeffizienter arbeiten lassen. Auch Dipl.-Ing. Frank Wiedemann, Geschäftsführer der Nord Electronic Drivesystems GmbH in Bargteheide, sieht im Bereich der Umrichter ein stetiges Wachstum, das nicht zuletzt auf den Energiespar-Trend in der gesamten Industrie zurückgeht: „Die intelligente elektronische Regelung ist in vielen Antriebsanwendungen der wichtigste und wirkungsvollste Schritt, um Verbrauchskosten zu senken und knappe Ressourcen zu schonen. Dieser Schub hält an, viel Bedarf wird allein deshalb über Jahre noch mit Umrichtern zu decken sein.“

Dabei sei seit einiger Zeit festzustellen, dass verstärkt Modelle gefordert werden, die gleich als Katalogprodukt exakt zum geplanten Einsatzzweck passen. „Die Anwender wollen verständlicherweise nicht nur ihre laufenden Ausgaben für Energie absenken, sondern auch bei der Anschaffung nicht für Features mitbezahlen, die sie nicht konkret benötigen“, erläutert Wiedemann weiter. Wer ein entsprechend differenziertes Sortiment biete, habe deshalb gerade bei der Ausstattung größerer Anlagen mit höheren Umrichter-Stückzahlen gute Karten.

Die Magnetisierung wird an die Last angepasst, der Motorstrom reduziert

Frequenzumrichter sind in zunehmendem Maße mit innovativen Features ausgestattet, die sie für bestimmte Anwendungsbereiche besonders interessant machen. Für sicherheitstechnische Applikationen eignen sich laut Wiedemann beispielsweise einige Typen der Nord-Frequenzumrichterbaureihe SK 500E, die über die Sicherheitsfunktion „sicherer Halt“ nach EN 954-1 verfügen.

Alle SK-500E-Umrichter können außerdem die Magnetisierung eines Asynchronmotors ressourcenschonend automatisch reduzieren, sobald er nur mit Teillast betrieben wird: „Nord-Umrichter passen die Magnetisierung automatisch an die Last an und reduzieren damit den Motorstrom und die Verluste im Motor. Besonders bei kleinen Teillasten im Bereich von 10 bis 15% lassen sich mit dieser Funktion bis zu 30% Energie einsparen“, so Wiedemann.

Konventionelle Modelle hingegen halten die Magnetisierung im Motor über den gesamten Drehzahlbereich konstant. Verschiedene Modelle der SK-500E-Reihe verfügen zudem über die integrierte Posicon-Positioniersteuerung. Sie soll es ermöglichen, bis zu 15 Positionen anzufahren. Der Frequenzumrichter Nordac SK 700E ist laut Wiedemann sogar mit einer optionalen Posicon-Erweiterung erhältlich, die das Anfahren von bis zu 252 Positionen ermöglicht. Diese Umrichter, mit denen gegebenenfalls sogar Servolösungen ersetzt werden können, sind speziell für den Einsatz in Automatisierungsanwendungen geeignet, so Wiedemann.

Anschaltmodule erweitern Umrichterfunktion bei Bedarf

Um die Modelle möglichst kompakt zu halten, lassen sich die Baureihen SK 500E und SK 700E etwa durch interne Module und von außen steckbare Technologieboxen individuell konfigurieren und bedarfsgerecht erweitern. „Für alle gängigen Feldbusse (Profibus, Can-open, Interbus, AS-Interface und Devicenet) stehen Anschaltmodule zur Verfügung, und zusätzliche E/A-Erweiterungen sorgen dafür, dass sich die Umrichter nahtlos in vorhandene Automatisierungsarchitekturen einfügen lassen“, erklärt Wiedemann.

Bei Getriebebau Nord ist die dezentrale Technologie derzeit stark im Kommen. „Besonders attraktiv ist sie für Applikationen, in denen die entsprechenden Anlagenstrukturen bereits vorhanden sind. Durch immer bessere Performance, wie integrierte Regelungsfunktionen, werden dezentrale Frequenzumrichter aus unserer Sicht auch weiterhin in zunehmendem Maße eingesetzt werden“, sagt Wiedemann. Das sei besonders wichtig, weil Nord die Baureihe SK 200E als dezentrale Frequenzumrichter neu auf dem Markt eingeführt hat.

Innovative Lösungen zur Feldbus-Anbindung

Diese Baureihe werde aufgrund der Wirtschaftlichkeit und Funktionalität in vielen Anwendungsfällen großes Interesse wecken. Nicht zuletzt deshalb sehe man der Entwicklung am dezentralen Umrichtermarkt positiv entgegen. Zu den neuesten Entwicklungen bei Nord gehören innovative Lösungen zur Feldbus-Anbindung für die wachsende Zahl von Antriebsanwendern, die auf Ethernet-basierte Feldbusanbindungen setzen. Bereits bewährt habe sich die Option, Nordac-Frequenzumrichter über ein Ethernet-Gateway mittels der Software Nordcon zu bedienen, zu parametrieren und zu diagnostizieren. „Aktuell in der Entwicklung ist zusätzlich ein Schnittstellenmodul für Profinet. Ethernet/IP-, Powerlink- und Ethercat-Technologieboxen werden im Anschluss folgen“, verrät Wiedemann.

Für Anwendungen, in denen die Personensicherheit essenziell ist, hat Nord die bereits erwähnte Sicherheitsfunktion „sicherer Halt“ nach EN 954-1 bis maximal Kategorie 4 (Stop-Kategorie 0 und 1) in Umrichtern der Serie SK 500E implementiert. Diese Funktion soll bei Asynchronmotoren für den normgerechten Schutz vor Wiederanlauf des Motors sorgen. Bei weiteren SK 500E-Modellen könne wiederum die Steuerkarte des Gerätes mit einer externen 24-V-Spannung versorgt werden, sodass auch bei abgeschalteter Leistung ein Zugriff auf die Parameterdaten und die Busschnittstelle möglich ist. Dies mache spezielle Funktionen wie Evakuierungsfahrten bei Aufzügen möglich und erhöhe die Online-Verfügbarkeit.

Vektorgeregelte Ansteuerung von Standard-Normmotoren

Baumüller hat für die vektorgeregelte Ansteuerung von Standard-Normmotoren einen hocheffizienten und nach eigenen Angaben leicht bedienbaren Frequenzumrichter mit der Bezeichnung b maxx 1000 entwickelt. Die Umrichterbaureihe steht in drei Baugrößen für die Leistungsbereiche von 0,2 bis 11 kW zur Verfügung. Der Frequenzumrichter sei nicht nur besonders einfach zu bedienen – ein besonderes Augenmerk lag für Baumüller auf der konsequenten Umsetzung eines unkomplizierten Gerätes –, sondern verfüge auch über zahlreiche integrierte Schutz- und Überlastfunktionen. So beispielsweise über einen standardmäßigen EMV-Filter zur Einhaltung der gängigen EU-Norm (EN 55011A/zweite Umgebung).

Die Phasenausfallerkennung sowohl auf Netz- als auch auf Motorseite soll einen störungsfreien Betrieb ermöglichen und den Motor schützen. Bei kurzfristigem Spannungsausfall sei aufgrund der Fangfunktion kein Auslaufen der Maschine mehr notwendig. Durch die PID-Regelung könne auf Störeinflüsse schnell reagiert und die Drehzahl konstant gehalten werden. Das umfangreiche Kontroll- und Datenmanagement des neuen Umrichters liefert laut Baumüller kontinuierlich einen genauen Überblick über den aktuellen Antriebsstatus.

Mit seinen 15 verschiedenen Drehzahlvorwahlgeschwindigkeiten sei er für umfangreiche Applikationen gerüstet. Die Pulsweitenmodulation könne von 1 bis 15 kHz eingestellt werden. Damit sei der Frequenzumrichter im Betrieb nahezu völlig geräuschlos. Seine Drehfeldfrequenz reiche von 0,1 bis 400 Hz. Auch hochpolige Maschinen im hohen Drehzahlbereich können laut Baumüller damit betrieben werden.

Ein Bremswiderstand sei nicht notwendig. Der Umrichter verfügt stattdessen über eine Gleichspannungsbremsung, heißt es weiter. Die intelligente Ausgangsstromüberwachung und die automatische Ener-giesparfunktion sollen für eine Reduktion der Betriebskosten sorgen. Eine Autotuningfunktion soll die Inbetriebnahmezeiten verkürzen. Ein stets optimaler Wirkungsgrad werde durch die automatische Schlupfnachführung erzielt.

Mit einem Anfangsdrehmoment von 150% sei eine einfache Kompensation von hohen Losbrechmomenten möglich. Die S-Kurven-Funktion in der Beschleunigungs- und Verzögerungsphase sorge für ein sanftes Anlaufen und schone damit die Mechanik. Die Kommunikation mit dem Frequenzumrichter könne über das offene Feldbussystem Canopen erfolgen. Der weltweite Kommunikationsstandard in der Automatisierung kann auch mit der neuen Baureihe genutzt werden. Über seine integrierten Protokolle könne der b maxx 1000 als Motion Control Slave zum Einsatz kommen.

Flexibles Steuern und Überwachen von Gleichstrommotoren

Eine neue Steuerung für Gleichstrommotoren von Kaleja Elektronik GmbH in Alfdorf soll dem Anwender eine kostengünstige Lösung bieten, um Gleichstrommotoren elektronisch anzutreiben und zu überwachen. Durch die Modulbauweise, aufschnappbar auf die DIN-Schiene, sowie mit steckbaren Federkraftklemmen, sei eine schnelle Montage möglich. Die Steuerung mit der Bezeichnung M-MRI-3-30 ist für den Reversierbetrieb ausgelegt. Durch einen Analogeingang 0 bis 10 VDC kann die Motordrehzahl von 0 bis maximale Drehzahl geregelt werden.

Eine Reverenzspannung von 10 VDC wird von der Steuerung bereitgestellt, somit könne sehr einfach ein Potenziometer für die Drehzahlregelung angeschlossen werden. Mit einem Trimmer an der Frontseite der Steuerung lässt sich laut Kaleja der gewünschte maximale Motorstrom einstellen. Steigt der Motorstrom über den eingestellten Wert an, so schaltet das Modul den Motor mit dynamischer Bremsung ab und es wird ein Meldesignal auf die Klemme I-out geschaltet, heißt es weiter. Damit beim Anlauf des Motors die Stromauswertung nicht anspricht, sei eine fest eingestellte Zeit aktiv (etwa 300 ms). Um die Überstromabschaltung flexibel zu handhaben, ist ein zusätzlicher Trimmer auf der Frontseite integriert.

Mit diesem Trimmer könne die Zeit (0,2 bis 2 s) bis zum Abschalten bei Überstrom eingestellt werden. Geht innerhalb dieser eingestellten Zeit der Motorstrom wieder auf Normalwert, so schaltet die Steuerung nicht ab, erst beim nächsten Erreichen vom Überstrom erfolgt die Abschaltung, so Kaleja. Um die Einstellung des maximalen Motorstromes am Trimmer für die Serienfertigung immer gleich einzustellen, wurde ein Messpunkt auf eine Anschlussklemme geführt. Mit einem Voltmeter kann die Einstellung abgelesen und am Trimmer abgeglichen werden.

Reinhold Schäfer | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/automatisierung/fertigungsautomatisierung/articles/154431/

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