Direkte Drehmomentsteuerung

Maximale Leistung mit voller Steuerung

1977 führte Emotron als erstes Unternehmen einen auf Pulsweitenmodulation (PWM) basierenden Frequenzumrichter ein. Weitere Entwicklungen führten 1998 zu einer der ersten Markteinführungen von Frequenzumrichtern mit direkter Drehmomentsteuerung.
Die Reaktionszeit der Emotron-Technologie ist äußerst kurz, da tatsächliches und benötigtes Drehmoment 40.000 Mal pro Sekunde abgeglichen werden. Der Frequenzumrichter kann das höchstmögliche Drehmoment pro Ampere für einen Standardmotor bereitstellen. So kann ein Motor ohne einen Drehzahlsensor gesteuert werden, während weiterhin die Regelung von Drehmoment und Drehzahl möglich ist.

Direkte Drehmomentsteuerung ohne Störungen

Die Methode der direkten Drehmomentsteuerung, die von Depenbrock und Takahashi entwickelt wurde, bietet eine hocheffiziente Steuerung dynamischer und anspruchsvoller Anwendungen. Die Technologie von Emotron reagiert schnell auf Spitzenlasten, abrupte Lastveränderungen oder fehlerhaft eingestellte Rampenzeiten. Von Bedeutung ist das zum Beispiel bei der Kransteuerung, wo regelmäßige und kritische Starts und Stopps ein sofortiges hohes Drehmoment erfordern. Auch bei Brechern muss die Drehzahl schnell an die Art oder Größe des Materials angepasst werden.

Spitzendrehmoment bis zu 400 %

Indem die Stromstärke und Spannung des Motors gemessen werden, können die Drehzahl und das Drehmoment des Motors anhaltend und mit einer enormen Genauigkeit in Echtzeit gesteuert werden. Emotron Frequenzumrichter basieren auf der direkten Steuerung des Magnetflusses und des Drehmoments des angeschlossenen Elektromotors. Die hohe Genauigkeit der Fluss- und Drehmomentberechnung ermöglicht die Steigerung des Spitzendrehmoments des Motors auf bis zu 400 % des Nenndrehmoments, sogar bei 0 U/min. Um ein solch hohes Drehmoment zu erzielen, muss der Frequenzumrichter den erforderlichen Strom bereitstellen können.

Strom und Drehmoment im Verhältnis von 1:1

Mit der direkten Drehmomentsteuerung liegt das Drehmoment-Strom-Verhältnis linear über dem Nenndrehmoment, d.h. 200% Strom bewirken 200% Drehmoment. Im Vergleich dazu ergeben sich aus 150% Drehmoment 200% Strom ohne direkte Drehmomentsteuerung. Daher kann die Überlastkapazität, die erforderlich ist, damit der Emotron-Frequenzumrichter den Motor voll steuert, bedeutend niedriger sein, als wenn Steuerungsmethoden ohne direkte Drehmomentsteuerung verwendet würden.

Integrierte Brems
-funktionalität

Die direkte Drehmomentsteuerung arbeitet mit den integrierten Vektorbremsen des Frequenzumrichters, um ein schnelles und geschütztes Bremsen zu ermöglichen. Das verfügbare Bremsdrehmoment verdoppelt sich im Vergleich zu konventionellen Bremsmethoden. Die Bremsenergie wird durch den Motor abgeleitet, wodurch Unterbrechungen durch übermäßige Bremsspannung vermieden werden. In den meisten Fällen sind keine mechanischen Bremsen erforderlich. Brems-Chopper und Bremswiderstände sind nur für besonders kurze Bremszeiten notwendig.

Beseitigt falsche Überstromabschaltungen

Alle Frequenzumrichter mit direkter Drehmomentsteuerung arbeiten mit direkter Steuerung von Motordrehmoment und -fluss. Auf diese Weise werden wirksam falsche Abschaltungen eliminiert, die durch Stoßlasten, Netzanschlussstörungen oder falsch eingestellte Rampenzeiten zustande kommen. Dies wird durch schnelles Ansprechen und eine besonders genaue Steuerung des Motorflusses realisiert, der auf dem in der Software verwendeten Motormodell basiert. Jeder Schaltvorgang im Frequenzumrichter steht in direktem Verhältnis zum elektromagnetischen Motorzustand und bewirkt eine kontinuierlich sanfte und genaue Steuerung.

Hohe Dynamik ohne Encoder-Feedback

Hauptbestandteil der direkten Drehmomentsteuerung ist das Motormodell, das den aktuellen Motorfluss und das Motordrehmoment genau schätzt. Durch den Abgleich der errechneten Istwerte mit den Referenzwerten in einer besonders hohen Berechnungsfrequenz lässt sich ein geschlossener Regelkreis von Fluss- und Drehmomentsteuerung erzielen. Alle wichtigen Motorparameter werden automatisch gemessen. Die Trägheit der Last wird überprüft und interne Parameter werden automatisch entsprechend eingestellt. Zusammen mit der außerordentlichen Bremskapazität und der präzisen Beschleunigungs- und Verzögerungssteuerung führt dies zu einer Drehmomentreaktionszeit, die weniger als 1 ms betragen kann – sowie einer Geschwindigkeitsgenauigkeit von nahezu ±0,1% der Nenndrehzahl, sogar ohne einen separaten Sensor am Motor. Typische Werte einer herkömmlichen sensorenlosen Vektorsteuerung liegen bei 50-100 ms Drehmomentreaktionszeit und ±1-2% Geschwindigkeitsgenauigkeit.