Effizienz elektrischer Antriebe lässt sich noch steigern

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Gehäuse, Anschlusskasten, Stator, Wicklungsdesign und -technologie sowie Lager sind identisch mit denen von Asynchronmaschinen. Da die dreiphasigen Ströme sinusförmig sind, kann dieser Motortyp von den gleichen Frequenzumrichtern gespeist werden, sofern diese über eine optimierte Firmware verfügen, die diesen Motortyp unterstützt.

Rotor von Synchronreluktanzmotor weniger komplex

Lediglich der Rotor unterscheidet sich von Rotoren von Asynchronmotoren und Permanentmagnetmotoren. Er ist weniger komplex als bei diesen und besteht aus laminierten Blechen aus weichmagnetischem Stahl, die an der Welle befestigt sind.

Komplex ist dagegen das Design der elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Rotorquerschnitts. Wichtige konstruktive Aspekte sind die Zahl der magnetischen Segmente und die Form der Luftbarrieren, da diese für die Drehmomenterzeugung und für den Magnetisierungsstrom ausschlaggebend sind.

Für eine günstige Auslegung des Antriebs muss dieser Blindstrom möglichst gering gehalten werden. Die genaue Platzierung der Segmente entlang der Peripherie ist entscheidend für ein gleichmäßiges Drehmoment bei der Rotation, damit der Motor ebenso leise läuft wie herkömmliche Motoren.

Regelung des Synchronreluktanzmotors mit oder ohne Drehzahlrückführung

Der Synchronreluktanzmotor benötigt wie ein Permanentmagnetmotor grundsätzlich einen Frequenzumrichter für die Regelung. Die Rotorkonstruktion und die Motorregelung im Frequenzumrichter sind entscheidend für das Verhalten des Antriebssystems und müssen aufeinander abgestimmt sein. Geeignet hierfür ist beispielsweise der Frequenzumrichter ACS850 aus der Familie ABB Industrial Drive. Die Performance und Funktionalität basiert auf der direkten Drehmomentregelung (Direct Torque Control, DTC) mit prädiktiven Regelalgorithmen, kombiniert mit einer hohen CPU-Leistung und schnellen Messungen.

Die DTC-Technologie ist ein Regelungskonzept für Asynchronmotoren, Permanentmagnet-Synchronmotoren, Servomotoren und Synchronreluktanzmotoren, sowohl mit Drehgeber- als auch ohne Drehgeberrückführung. In vielen Fällen kann auch bei Verwendung von Synchronmotoren die Regelung ohne Drehzahlrückführung ausgeführt werden, Voraussetzung ist ein genaues Motormodell und speziell bei Synchronmotoren die Erfassung beziehungsweise Ermittlung des Rotorlagewinkels.

Drehmoment reagiert beim Synchronreluktanzmotor sehr schnell

DTC nach dem Prinzip der Hystereseregelung verleiht dem Antriebssystem eine kurze Drehmoment-Reaktionszeit, die typisch im Bereich von wenigen Millisekunden liegt. Im Zyklus von 20 µs berechnet das System über das Motormodell den aktuellen Zustand des Motors und sucht die optimale Schaltstellung der Leistungshalbleiter, um direkt und möglichst schnell den Sollwert des Drehmoments und des Motorflusses zu erreichen. Die Umschaltung der Leistungshalbleiter erfolgt nur, wenn eine Abweichung der Soll- und Istwerte erkannt wird, das heißt die Taktfrequenz ist variabel und es wird nicht geschaltet, wenn es nicht notwendig ist.

Darin liegt auch der Hauptunterschied zwischen der direkten Drehmomentregelung und den traditionellen Vektor-Regelungsmethoden. Beim DTC gibt es keinen zwischengeschalteten frequenzgeregelten Pulsweitenmodulator (PWM), der mit einer festen Taktfrequenz arbeitet.

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