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DIREKTE DREHMOMENTSTEUERUNG

Emotron war das erste Unternehmen, das im Jahr 1977 Frequenzumrichter auf Grundlage der Impulsbreitenmodulation (PWM) einführte. Weitere Entwicklungen mündeten 1988 in die erste Markteinführung von Frequenzumrichtern mit direkter Drehmomentsteuerung. Die Emotron-Technologie bietet besonders kurze Reaktionszeiten, da das tatsächliche und benötigte Drehmoment 40.000 Mal pro Sekunde abgeglichen wird. Die Frequenzumrichter bieten das höchstmögliche Drehmoment pro Ampere eines normalen Industriemotors und erlauben eine Motorsteuerung ohne Rotorsensor, während die Drehmoment- und Geschwindigkeitssteuerung aufrechterhalten wird.

Direkte Drehmomentsteuerung für störungsfreien Betrieb

Das Verfahren der direkten Drehmomentsteuerung, das von Depenbrock und Takahashi erfunden wurde, bietet vor allem eine hocheffiziente Steuerung dynamischer und anspruchsvoller Anwendungen. Die Emotron-Technik reagiert äußerst schnell auf Spitzenlasten, abrupte Laständerungen oder falsch eingestellte Rampenzeiten. Die Reaktionszeit ist besonders kurz, da das tatsächliche und benötigte Drehmoment 40.000 Mal pro Sekunde abgeglichen wird. Dies erweist sich z.B. bei der Kransteuerung als besonders wichtig. Hier erfordern häufige und kritische Starts und Stopps ein sofortiges hohes Drehmoment. Ein weiteres Beispiel sind Zerkleinerungsanlagen, in denen die Geschwindigkeit schnell an Materialtyp oder -größe angepasst werden muss.

Mit der direkten Drehmomentsteuerung von Emotron können Unterbrechungen verhindert werden. Die Reaktionszeit ist äußerst kurz, da das tatsächliche und benötigte Drehmoment 40.000 Mal pro Sekunde abgeglichen wird.

 

Drehmomentspitze von bis zu 400 Prozent

Durch die Messung von Motorstrom und -spannung lassen sich Drehmoment und Geschwindigkeit des Motors kontinuierlich und exakt in Echtzeit steuern. Emotron-Frequenzumrichter basieren auf einer direkten Steuerung des magnetischen Flusses und des Drehmoments des angeschlossenen Elektromotors. Die hohe Genauigkeit des Flusses und des Drehmomentkalkulators ermöglichen die Steigerung des Motordrehmoments um bis zu 400% des Nenndrehmoments – sogar bei 0 U/min. Um einen solch hohes Drehmoment zu erzielen, muss der Frequenzumrichter für den erforderlichen Strom ausgelegt sein.

 

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 Bremsfunktionalität

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.