Drehstrom-Regelverfahren sorgen für präzisen Rundlauf

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Derart kann man den im Motor rotierenden Ständerstromvektor IS in seine Komponenten Iα und Iβ zerlegen. Wenn man ihn – bezogen auf das Drehfeld – in Feldkoordinaten umrechnet, lässt er sich in die Komponenten Id und Iq aufspalten, auch D(irekt)- beziehungsweise Q(uer)-Achse genannt (Bild 3). Sie stehen in Bezug zum rotierenden System – ähnlich wie die Mitfahrer auf einem Karussell – still.

Asynchronmotor lässt sich ähnlich gut regeln wie fremderregter Gleichstrommotor

Es lässt sich zeigen, dass Id (in Flussrichtung) dem Erregerstrom der Gleichstrommaschine entspricht und Iq (orthogonal dazu) dem momentbildenden Ankerstrom. Gelingt es, Id konstant zu halten und Iq nach Vorgabe des gewünschten Drehmoments zu variieren, kann man einen Asynchronmotor ähnlich gut regeln wie einen fremderregten Gleichstrommotor.

Jetzt benötigt man noch eine Information über die Lage des Feldes im Motor, also den Drehwinkel δ. Damit kann man Id und Iq aus den Ständerkoordinaten Iα und Iβ berechnen. Somit lässt sich das Feld indirekt über die Klemmengrößen, also den Ständerstrom, beeinflussen.

Spannungsgeführte Flussregelung für präzise gesteuerte Drehstromantriebe

Auf die Feldkoordinaten im Inneren des Motors besteht kein direkter Zugriff. Technische Lösungen in dieser Richtung, zum Beispiel der Einbau zusätzlicher Messwicklungen, wären aufwendig und unwirtschaftlich. Zudem würden sie den großen Vorteil der ASM – ihre einfache und robuste Konstruktion – untergraben. Daher ist ein Drehgeber für feldorientierte Regelverfahren (zunächst) zwingend erforderlich.

Weil aber Anschaffungs- und Installationskosten für den Drehgeber und seine EMV-gerechte Verdrahtung dem Anwender Bauchschmerzen bereiteten, war die Forderung nach einfach zu handhabenden Lösungen die logische Konsequenz. Folglich gab es zahlreiche Ideen, die Winkelmessung durch eine modellgestützte Berechnung zu ersetzen.

Sensorloser Betrieb von Elektromotoren inzwischen möglich

Trotz vieler Ansätze zur sensorlosen Ermittlung der Drehzahl wiesen die meisten anfangs bei niedrigen Drehzahlen und im Stillstand prinzipbedingt schlechte Leistungen auf. Später jedoch wurde der sensorlose Betrieb durch verbesserte Verfahren bei den meisten Industrieanwendungen möglich.

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