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Antriebstechnik

Leistungselektronik macht drehzahlgeregelten Antrieben Beine

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Auch Strömberg war einer der Pioniere bei der Drehzahlregelung von AC-Motoren. Das Unternehmen brachte 1969 den ersten drehzahlgeregelten Antrieb auf den Markt – nur ein Jahr, nachdem überhaupt die ersten Frequenzumrichter produziert wurden. Damit ließen sich jetzt Drehzahl sowie Drehmoment an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung anpassen und auf diese Weise bis zu 50 % der benötigten Energie einsparen. Auch Strömberg war einer der Pioniere bei der Drehzahlregelung von AC-Motoren. Das Unternehmen entwickelte kurze Zeit später für die damals neu gebaute U-Bahn in Helsinki den AC-Umrichter SAMI (Strömberg Asynchron Motor Inverter).

Bei einer genauen und dynamischen Drehmomentregelung waren die Gleichstromantriebe durch ihre einfache Regelung noch lange im Vorteil. Um auch für Drehstrommaschinen ein ähnlich gutes Führungs- und Lastverhalten zu erreichen, mussten AC-Antriebe mit feldorientierter Regelung (Vektorregelung) eingesetzt werden. Indem Fluss und Drehmoment getrennt geregelt werden, ermöglichten sie ein gleich gutes dynamisches Verhalten wie bei Gleichstrommaschinen. Den ersten dieser Antriebe stellte ABB 1985 vor.

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In den 1970er-Jahren entwickelte BBC unter dem Namen Veritron eine Produktfamilie, die sowohl Umrichtermudule (für AC-Motoren) als auch Stromrichtermodule (für DC-Motoren) beinhaltet hat. Auch Strömberg unter den Namen Sele und Sami sowie ASEA unter dem Namen Thyrak brachten solche Produkte auf den Markt. Einen herausragenden Schritt ging ABB nach der Fusion und entwickelte 1989 den AC-Servoregler SDS100 – den ersten Servoregler mit Sercos-Schnittstelle. Er wies bereits eine Positioniergenauigkeit von 10 µm und einen Drehzahlstellbereich von 1 : 4.000.000 auf.

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Zahlen und Fakten
Wie ABB und ihre Vorgänger als Pioniere die Welt von heute mitgestaltet haben
  • 1893: ASEA baut das erste kommerzielle Dreiphasen-Wechselstromsystem in Schweden.
  • 1893: BBC liefert Generatoren an das erste für Wechselstrom konzipierte thermische Großkraftwerk Europas in Frankfurt/Main.
  • 1900: BBC wird zur Aktiengesellschaft und gründet sein erstes Tochterunternehmen in Deutschland.
  • 1923: BBC baut den ersten Abgasturbolader für Dieselmotoren in Schiffen und Lokomotiven.
  • 1939: BBC realisiert die erste Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ).
  • 1953: ASEA stellt mit einer Quintus-Presse erstmals Industriediamanten her.
  • 1968: ASEA baut Reaktoren für Kernkraftwerke.
  • 1969: BBC entwickelt den ersten getriebelosen Zementmühlenantrieb.
  • 1971: BBC baut den leistungsfähigsten Transformator der Welt mit 1300 MVA.
  • 1974: ASEA stellt seinen elektrisch angetriebenen Industrieroboter vor – den zweiten Industrieroboter überhaupt.
  • 1988: Fusion von ASEA und BBC zu ABB: Das neue Unternehmen hatte einen jährlichen Umsatz von 17 Mrd. US-Dollar und 160.000 Beschäftigte.
  • 1991: ABB entwickelt den weltweit ersten Thyristorschalter für die steuerbare Serienkompensation.
  • 2012: ABB stellt den ersten und bisher einzigen Leistungsschalter für HGÜ vor.
  • 2013: ABB kann seinen Umsatz um 6 % im Vergleich zum Vorjahr auf 41,8 Mrd. US-Dollar steigern und beschäftigt 147.700 Mitarbeiter. Den größten Anteil am Unsatz haben die Divisionen Industrieautomation und Antriebe sowie Energietechnikprodukte.

Direkte Drehmomentregelung setzt neue Maßstäbe

Nun war es schon seit vielen Jahren möglich, Drehzahl und Drehmoment von Drehstrommotoren zu regeln. Bei der bereits erwähnten gängigen Pulsweitenmodulation ist jedoch auch eine Modulation der an den Motor angelegten Spannung erforderlich. Sie verlängert die Signalverarbeitungszeit und wirkt sich deshalb begrenzend auf das Reaktionsvermögen des Regelungssystems aus (und somit auf die Drehmoment- und Drehzahlreaktionszeit). Hier konnte ABB ansetzen und 1995 eine neue Technik zur Motorenregelung präsentieren, die die Hochleistungsantriebe bis heute verändert hat: die direkte Drehmomentregelung (Direct Torque Control DTC).

Die DTC basiert auf einem Regelungsalgorithmus, der in einem im Antrieb eingebetteten Mikrocontroller implementiert ist. Das Verfahren benötigt keinen Modulator, sodass sich bis zu zehnmal schnellere Reaktionszeiten als mit herkömmlichen Regelungsverfahren erzielen lassen. Diese Entwicklung konnte man erst realisieren, als digitale Signalprozessoren verfügbar waren, denn ein DTC-Antrieb berechnet das Ist-Drehmoment an der Motorwelle alle 25 µs (40.000 Mal in der Sekunde). Damit ist eine äußerst schnelle Reaktion auf Lastveränderungen an der Motorwelle sowie auf Veränderungen der Drehmoment- oder Drehzahl-Sollwerte möglich. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich ein DTC-Antrieb beispielsweise auch zum Schutz gegen Überlastung und Laststöße.

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Über den Autor

 Stefanie Michel

Stefanie Michel

Journalist, MM MaschinenMarkt