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PRODUKTNEWS

Direkte Drehmomentsteuerung für Effizienz und Genauigkeit

Emotron hat im Jahr 1998 einen der ersten Frequenzumrichter mit direkter Drehmomentsteuerung auf den Markt gebracht. Diese Präzisionstechnologie ermöglicht eine hohe Effizienz und Genauigkeit bei dynamischen Applikationen. Das volle Drehmoment bei Drehzahl Null sowie die präzise Steuerung von Beschleunigung und Verzögerung sorgen gemeinsam für eine vollständige Regelung der Leistung. Dabei wird der Motor als Sensor genutzt.

[19 Januar 2010]

Die direkte Drehmomentsteuerung von Emotron ist eine überragende Technologie für Maschinen, bei denen die genaue Steuerung von Drehzahl und Drehmoment erforderlich ist. Die Zahlen sprechen für sich: Datenaktualisierung 40.000-mal pro Sekunde, 400 % des nominalen Motordrehmoments bei 0 U/min., Drehmomentreaktion unter 1 ms und eine Drehzahlgenauigkeit von ±0,1 % U/min. In vielen Fällen wird dies sogar ohne einen separaten Drehzahlsensor erreicht.

Beeindruckende Einführung 1998

Von Anfang an war Tom Jönsson (F&E-Abteilung von Emotron) an dem Projekt beteiligt. Er erinnert sich an die beeindruckende Einführung bei einer Messe im Jahr 1998:

„Die exakte Steuerung, die wir ohne ein Encoder-Feedback erreichen, wurde anhand einer Bowlingkugel demonstriert, die in die Luft geworfen wurde und sanft an genau der richtigen Stelle wieder aufkam, und das bei jedem Durchgang. Das hat sehr viel Aufmerksamkeit erregt, und wir hatten es nicht leicht, die Besucher davon zu überzeugen, dass wir tatsächlich ohne Sensoren arbeiten.“

40.000-mal pro Sekunde für höchste Genauigkeit

Die direkte Drehmomentsteuerung schützt den Vorgang vor Störungen, indem sie äußerst schnell auf Spitzenlasten, abrupte Laständerungen oder ungenau eingestellte Rampenzeiten reagiert. Das tatsächliche und das erforderliche Drehmoment werden nicht weniger als 40.000-mal pro Sekunde miteinander verglichen. Dies wird durch einen schnellen digitalen Signalprozessor (DSP) erreicht. 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.

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Die Drehzahlregler in Frequenzumrichtern von Emotron sorgen durch die unmittelbare Anpassung der Drehzahl an Laständerungen für einen effizienten Betrieb. Dies ist zum Beispiel von Bedeutung 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.

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Spitzendrehmoment bis zu 400 Prozent

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. 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. Frequenzumrichter von Emotron 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 um bis zu 400 % des Nenndrehmoments, und das sogar auch bei 0 U/min. Um ein solch hohes Drehmoment zu erzielen, muss der Frequenzumrichter den erforderlichen Strom bereitstellen können.

Stromstärke und Drehmoment im Verhältnis 1:1

Bei der direkten Drehmomentsteuerung kann das Verhältnis von Drehmoment zu Stromstärke als linear oberhalb des Nenndrehmoments angesehen werden, sodass zum Beispiel 200 % Strom zu 200 % Drehmoment führen. Dank dieser Tatsache kann die Überlastkapazität, die erforderlich ist, damit der Frequenzumrichter weiterhin die vollständige Steuerung des Motors beibehält, erheblich geringer sein als ohne direkte Drehmomentsteuerung.

Hohe Dynamik ohne Encoder-Feedback

Den wesentlichen Teil der direkten Drehmomentsteuerung bildet das Motormodell, welches genaue Berechnungen des tatsächlichen Flusses und Drehmoments des Motors liefert. Indem die tatsächlichen ermittelten Werte und die Sollwerte bei einer äußerst hohen Berechnungsfrequenz verglichen werden, kann ein geschlossener Kreislauf von Fluss- und Drehmomentsteuerung erzielt werden. Alle relevanten Motorparameter werden automatisch gemessen, die Trägheit der Last wird überprüft, und interne Parameter werden entsprechend automatisch eingestellt. Auf diese Weise wird sogar ohne einen separaten Sensor am Motor eine Drehmomentreaktionszeit erzielt, die geringer als 1 ms ausfallen kann, sowie eine Drehzahlgenauigkeit von nahezu ±0,1 % U/min.

Doppeltes Bremsdrehmoment

In Anwendungsbereichen von Kranen arbeitet die direkte Drehmomentsteuerung mit den Brems-Choppern des FU zusammen. So wird sichergestellt, dass der Motor das Drehmoment genau in dem Moment liefert, in dem die mechanische Bremse gelöst wird. Beim Bremsen einer schweren Last wird das erforderliche Drehmoment beibehalten, während die Drehzahl kontinuierlich auf Null gesenkt wird. Die Last wird sicher abgesetzt, noch bevor die mechanische Bremse aktiviert wurde.

Keine Fehlerauslösung wegen Überstrom

Frequenzumrichter mit direkter Drehmomentsteuerung arbeiten mit der direkten Steuerung von Motordrehmoment und -fluss. Auf diese Weise werden Fehlerauslösungen aufgrund von Stoßbelastung, Störungen der Netzstromversorgung oder ungenau eingestellten Rampenzeiten effektiv verhindert. Jedes Umschalten des Frequenzumrichters ist direkt mit dem elektromagnetischen Zustand des Motors verbunden, was für eine reibungslose und genaue Steuerung zu allen Zeiten sorgt.

Bedienerfreundlichkeit und neue Funktionen

Die direkte Drehmomentsteuerung ist inzwischen eine ausgereifte Technologie, doch die Arbeit der F&E-Abteilung von Emotron geht weiter:

„Wir konzentrieren uns auf die weitere Verbesserung der Bedienerfreundlichkeit und auf die Implementierung neuer Funktionen und Kommunikationsmöglichkeiten“, so Tom Jönsson. „Wir möchten die Prozessleistung unserer Kunden bei Einsatz dieser Technologie kontinuierlich verbessern.“