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antriebstechnik 5/2019

antriebstechnik 5/2019

UMRICHTERTECHNIK 03 03

UMRICHTERTECHNIK 03 03 Die Halbierung der Spannungssprünge bei der Drei-Level-PWM führt i. d. R. dazu, dass die am Motor zu messenden maximalen Spannungsimpulse unter 1 000 V liegen 04 Die real gemessenen Qualitätsunterschiede im Motorstrom sind deutlich zu erkennen; es handelt sich hier um einen vierpoligen Synchronmotor mit einer max. Drehzahl von 27 000 1/min 04 drehzahlen des Motors auf. Um dies zu vermeiden, werden bei Standard-Umrichtern mit Zwei-Level-PWM und niedriger Schaltfrequenz häufig LC-Filter eingesetzt. Eine weitere Lösungsmöglichkeit besteht darin, die Schaltfrequenz für die PWM zu erhöhen. Wird sie verdoppelt, reduziert sich der Ripple-Strom i. d. R. um die Hälfte. Aus technischer wie wirtschaftlicher Sicht hat dies allerdings Grenzen. Zum einen sind schnell schaltende Leistungstransistoren im höheren Spannungsbereich teurer. Aber auch die Schaltverluste in der Endstufe nehmen extrem zu, was sich sehr ungünstig auf den Wirkungsgrad und damit auch den Kühlungsaufwand auswirkt. Außerdem reagieren nicht alle Motoren positiv. Baubedingt kommt es dann vor, dass eine Schaltfrequenz-Erhöhung nur sehr wenig Verbesserungen bei den Motorverlusten bringt. Dies gilt insbesondere für Synchronmotoren, in denen keine Segmentierung der Permanentmagnete vorliegt. Alternativ lässt sich die Drei-Level- Technologie einsetzen. Hierbei werden die Leistungshalbleiter der Endstufen technologiebedingt nur mit der Hälfte der Spannung beaufschlagt, wie sie bei der Zwei-Level-Technologie vorkommen. Dies erlaubt es, mit Leistungshalbleitern zu arbeiten, die für wesentlich geringere Spannungen ausgelegt sind und damit (technologiebedingt) auch noch schneller schalten. Mit dem Resultat, dass in der Endstufe weniger Schaltverluste entstehen und die Schaltfrequenz sich deutlich erhöhen lässt. Zudem wird der Motor im Vergleich zur Zwei-Level-Technologie nur mit 50 % der Spannungssprünge belastet. Allein durch den Einsatz der Drei-Level- Technologie lassen sich die im Rotor ent stehenden Verluste um etwa 75 % reduzieren. Wird beides genutzt, also Drei-Level-Technologie und Schaltfrequenzerhöhung, sinken die im Rotor entstehenden Verluste um bis zu 90 %. LC- Filter können nun oftmals entfallen. Fazit: Umrichter mit Drei-Level-PWM eignen sich für viele Applikationen, um LC-Filter einzusparen. Lange Motorleitungen sind kein Hindernis, auch die Qualität des Motorstroms wird deutlich verbessert. Im Rotor entstehen weniger Verluste (Wärme), was insbesondere für schnelldrehende Motoren von Vorteil ist. Zudem verringern sich Platz bedarf ebenso wie das Gewicht des Gesamtpakets und die Flexibilität der Anwendung steigt. Fotos: Sieb & Meyer AG www.sieb-meyer.de DIE IDEE „Bei dem Betrieb von Elektromotoren mittels moderner Umrichtertechnik werden zwischen Umrichter und Motor vermehrt LC-Filter eingesetzt. Die hier beschriebene Umrichtertechnik mit Drei-Level-PWM ist eine elegante und zukunftsweisende Alternative zu herkömmlichen Lösungen. Es ergeben sich Vorteile bei Kosten, Baugröße, Gewicht und Wirkungsgrad – insbe sondere für Motoren mit höheren Geschwindigkeitsanforderungen.“ Rolf Gerhardt, Leiter Vertrieb Antriebselektronik, Sieb & Meyer AG 58 antriebstechnik 2019/05 www.antriebstechnik.de

MARKTPLATZ GESTEIGERTE PERFORMANCE BEI VERBESSERTER RAUMNUTZUNG Mitsubishi Electric hat sein Frequenzumrichterportfolio um eine 690-V-Version in der FR-A800-Serie erweitert. Die neuen Modelle der Reihe FR-A870 überzeugen mit einem schlanken Gehäuse ab 380 mm Breite und decken einen Leistungsbereich bis 1,5 MW ab. Der integrierte Brems-Chopper ersetzt die externe Brems- bzw. Rückspeiseeinheit und trägt dazu bei, die Durchsatzleistung zu steigern sowie Wartungs- und Instandhaltungskosten zu senken. Weitere technische Eigenschaften sind eine Zwischenkreisdrossel und ein EMV-Filter. Zusatzkomponenten entfallen. Das erste FR-A870-Frequenzumrichtermodell ist zunächst zwischen 160 und 200 kW erhältlich. Weitere Modelle sollen in Kürze folgen, sodass mit einem Leistungsbereich von 37 kW bis 1,5 MW eine vollständige Frequenzumrichterpalette für Anwendungen mit hohem Leistungsbedarf zur Verfügung steht – z. B. in der Wasserwirtschaft, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie dem Maschinenbau. www.mitsubishielectric.com DRIVE CONTROLLER BIS 315 KW EINSETZBAR Applikations-Umrichter für jede Motortechnologie und funktional vorbereitet für die Antriebsaufgaben Drehzahl-, Drehmomentund Positionsregelung sind die Drive Controller KEB Combivert F6 von KEB. Von ihnen gibt es nun zwei neue Baugrößen, mit denen die Baureihe fortan bis 315 kW einsetzbar ist. Dazu kommen integrierte Sicherheitsfunktionen, die in der Maschine oder Anlage bisher extern realisierte Schutzmaßnahmen in das Paket Antriebs- und Steuerungselektronik einbinden. www.keb.de ZWEI VARIANTEN UNIVERSELLER FREQUENZUMRICHTER Control Techniques kündigt die Rückkehr der Commander-Frequenzumrichter an. Die Serie umfasst zwei Varianten universeller Umrichter und ersetzt die Unidrive-Varianten M200 und M300. Commander C200 erfüllt die Anforderungen verschiedener universeller Anwendungen und bietet Funktionen, die den Einbau und die Inbetriebnahme so einfach wie möglich gestalten. Commander C300 verfügt über dieselben Funktionen wie C200, bietet jedoch einen dualen STO-Eingang (Safe Torque Off) für Anwendungen, die Sicherheitsfunktionen erfordern. Diese Serie besteht aus einfachen und kompakten AC-Motordrehzahlreglern, die hohen Anforderungen in einem breiten Anwendungsbereich gerecht werden. Aufgrund ihres geringen Platzbedarfs eignen sie sich ideal für Maschinenbauer und OEMs, bei denen es besonders auf die Abmessungen ankommt. Beide Modelle bieten zudem Funktionen, die auf Benutzerfreundlichkeit ausgelegt sind. Eine integrierte SPS bietet bspw. Embedded-Intelligenz, sodass in vielen Fällen keine externe Steuerung erforderlich ist. www.controltechniques.com Der Teamplayer SD2 – zertifizierte Sicherheit für sensorlose Systeme Die universelle Antriebslösung für Multiachs- und Hochgeschwindigkeitsanwendungen SFM SLOF STO www.sieb-meyer.de Anz_SiebMeyer_SD2_185x90.indd Sieb_u._Meyer.indd 1 1 16.04.2019 16.04.19 11:42:09 11:07 www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2019/05 59

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