antriebstechnik 7/2018

ELEKTROMOTOREN Power to

ELEKTROMOTOREN Power to Drive Die neue Betriebselektronik für BLDC-Motoren Mit der leistungsstarken Betriebselektronik Variotronic VTD-K4 bietet Ebm-Papst Kunden die Möglichkeit, BLDC-Motoren mit einem eigenen externen Regler zu betreiben. Diese ist funktional identisch zum integrierten Elektronik-Modul K4. Welche Vorteile sie darüber hinaus bietet, erfahren Sie in diesem Artikel. Patrick Schumacher ist Leiter Produktmanagement Industrial Drive Technology bei der Ebm-Papst St. Georgen GmbH & Co. KG in St. Georgen D as Elektronik-Modul K4 ist mit den Motoren der Baureihe ECI 63.xx-K4 (BLDC-Innenläufermotor im Leistungsbereich von 150 bis 400 W) und VDC 49.15- K4 (BLDC-Außenläufermotor im Leistungsbereich von 100 bis 150 W) bereits in vielen Applikationen im Einsatz. Die deutliche Erhöhung der möglichen Motorabgabeleistung bis zu 1 000 und 4 800 W Spitzenleistung lässt den Betrieb des neuen BLDC- Innenläufermotors ECI 80.xx (bis zu 754 W Dauerleistung) zu. Darüber hinaus können jetzt alle BLDC-Motoren von Ebm-Papst (Innen- und Außenläufermotoren in Schutzkleinspannung) betrieben werden. Die Inbetriebnahme und Ansteuerung im Betrieb (z. B. mittels einer SPS) ist identisch, egal ob der Regler im Motor integriert oder als externer Regler ausgeführt ist. Der 4Q- Regler erlaubt Positionsregelung; alternativ ist auch eine Drehzahl- oder Drehmomentregelung möglich. Vier digitale Eingänge erlauben das Ansteuern des Reglers. Hervorzuheben ist, dass zwei der digitalen Eingänge parametrierbar sind. Über einen zusätzlichen analogen Eingang kann ein 0 bis 10 V Sollwertsignal vorgegeben werden. Zur weiteren Ausstattung gehören drei digitale Ausgänge. Über diese können bspw. Drehzahl-Istwerte oder Fehlermeldungen digital ausgegeben werden und die Statusanzeige erfolgt optisch durch eine LED. Eine große Zahl von Schutzfunktionen ist ebenfalls implementiert. Kodierte Stecker ermöglichen eine schnelle und zuverlässige Inbetriebnahme. Einfacher, störungsfreier Betrieb Der Profilgenerator erzeugt lineare Fahrprofile und stellt sicher, dass Bewegungsprofile so ausgeführt werden, wie sie der Anwender benötigt. Eine integrierte Encoder-Teilerfunktion ermöglicht die Anpassung von Encoder-Signalen des Motors in eine von der übergeordneten Steuerung einlesbare Form. Ein integrierter Ballastcontroller schützt den Antrieb im generatorischen Betrieb vor Beschädigungen und verhindert das Rückspeisen. Die Ballastschaltung ist im Regler ausgeführt, der notwendige Ballastwiderstand ist am Regler extern anzuschließen. Ein digitaler Eingang kann zur Drehzahlvorgabe als PWM-Eingang (Pulsweitenmodulation) verwendet werden. Der Regler bietet mehrere Kommutierungsarten. Motoren können block- oder sinusförmig betrieben werden. Mit der feldorientierten Regelung wird das Antriebssystem maximal energieeffizient. In die einzelnen Motorphasen wird zu jedem Zeitpunkt der ideale Strom eingeprägt, dieser wird vollständig zur Drehmomentbildung verwendet. Im System wird ein optimaler Wirkungsgrad sichergestellt, die Blindleistung wird auf ein Minimum reduziert. Die Rotor- 28 antriebstechnik 7/2018

ELEKTROMOTOREN 01 Antriebssystem ECI 80.60 Motor mit Optimax-Getriebe und Bremse 02 Der Antriebsregler kommt u. a. in fahrerlosen Transportsystemen zum Einsatz lageerkennung kann im einfachen Fall über drei im Motor integrierte digitale HALL- Sensoren erfolgen. Kinderleichte Inbetriebnahme Applikationen mit höheren Anforderungen an Positioniergenauigkeit können durch die Bereitstellung einer größeren Anzahl an Rotorlageinformationen bedient werden. Diese genauer auflösenden Signale können entweder von motorintegrierten analogen HALL-Sensoren oder einem am Motor angebauten inkrementellen Geber bereitgestellt werden. Die Regler ermöglichen ein nachträgliches Firmware-Update über die Service- Schnittstelle im eingebauten Zustand, somit ist im Updatefall eine aufwändige Demontage des Reglers nicht notwendig. Stillstandzeiten der Maschine werden dadurch auf ein Minimum reduziert. Die Verwendung der aktuellsten Firmware kann bei Bedarf gewährleistet werden. Die Einbindung in verschiedene Netzwerke und eine einfache Inbetriebnahme werden mit der PC-Software Kickstart unterstützt. Das Softwaretool erlaubt einerseits die Einstellung der relevanten Motorparameter, andererseits können kundenspezifische Parametrierungen (z. B. komplette Fahrprofile) vorgenommen werden. Auf Wunsch können diese vor Auslieferung fest einprogrammiert werden. Antriebsregler für diverse Anwendungen Der neue Antriebsregler Variotronic VTD- K4 ist eine kompakte und leistungsstarke Lösung für verschiedenste mobile Anwendungen, z. B. fahrerlose Transportsysteme (FTS), Rollstühle oder Shuttle im Lager. Batteriebetriebene FTS und mobile Anwendungen erfordern effiziente Antriebssysteme mit hohem Wirkungsgrad und maximaler Leistungsdichte auf kompaktem Bauraum. Werden hohe Lastunterschiede mit unterschiedlichen Drehzahlen dynamisch bewegt, stellt dies eine anspruchsvolle Aufgabe an ein Antriebssystem, insbesondere für den Antriebsregler, dar. Mit Nennspannungen von 24 und 48 V/DC sind bei einem Dauerstrom von bis zu 40 A Aufnahmeleistungen bis 1 000 W möglich. Hierbei können Spitzenströme von 100 A bis zu 5 s zur Verfügung gestellt werden, um die hohen Lastunterschiede zu meistern, welche wiederholt beim Beschleunigungsvorgang eines FTS benötigt werden. Damit hebt sich dieser Antriebsregler von marktüblichen Reglern ab. Ähnliche gelagerte Anforderungen bei Shuttle-Anwendungen können ebenfalls vom Antriebsregler bewältigt werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt für batteriebetriebene FTS ist die geringe Ruhestromaufnahme des Antriebsreglers. Dies ist die Grundvoraussetzung für einen energiesparenden Standby-Betrieb zwischen den Fahrten und den Ladezyklen. Einfache Montage und kompakte Bauweise Die kompakte und robuste Bauweise der Regelelektronik ermöglicht eine platzsparende Montage in unmittelbarer Nähe des Antriebes im oft begrenzten Bauraum. Die Regler sind in den Spannungsvarianten 24 und 48 V/DC verfügbar. Diese Betriebselektronik wurde bei Ebm-Papst über lange Zeit auf Herz und Nieren getestet, sodass die Kunden das Produkt zwar für ihre Applikation parametrieren und qualifizieren müssen, danach kann aber das Produkt bedenkenlos in Serienprodukten eingesetzt werden. Damit ermöglicht Ebm-Papst seinen Kunden, deren Entwicklungs- und Erprobungszeit zu minimieren. www.ebmpapst.com antriebstechnik 7/2018 29