Abwärmenutzung
Im allgemeinen
geht die Energiewandlung - trotz aller Bemühungen - nicht ganz
ohne Verluste von statten. Bei elektrischen Hochleistungsmaschinen
werden bevorzugt Flüssigkeitskühlsysteme zur Abfuhr der Verlustwärme
genutzt. In solchen Fällen ist es unter Anwendung neuer Technologien
möglich, die Verlustwärme wieder in mechanische und/oder elektrische
Energie umzusetzen, was den Gesamtwirkungsgrad der Anlage entsprechend
verbessert.
Aktive
magnetische Rotordämpfung
Hochtourige
Antriebe für Werkzeugmaschinen werden bevorzugt in schlanker Rotor-Bauform
ausgeführt. Die Qualität des Bearbeitungsprozesses wird u.a durch
die Biegeschwingungen des Rotors begrenzt. Durch geeignete Wicklungsausführung
und mit einer entsprechenden Regelelektronik können neben dem
Antriebsdrehmoment auch elektromagnetische Radialkräfte erzeugt
und zur Dämpfung der Biegeschwingungen genutzt werden.
Applikationsspezifisches
intelligentes Powermodul (ASIPM, PIM)
Hierunter
wird die kundenspezifische Integration kompletter Leistungsendstufen
mit zugehörigen Funktionen, wie Schutz, Ansteuerung und Sensorik,
verstanden. ASIPM werden meist auf Keramik- oder Metallsubstrat
unter Verwendung von SMD-Leistungsbauelementen ausgeführt. Der
Übergang zum Umrichtermodul ist naheliegend und fließend. Dies
ist von Vorteil bei :
- Produktionsvolumen
einige 1000, besser 10.000/a
- Sehr hohen
Taktfrequenzen, z.B. bei SNT, PFC
- Geringem
verfügbaren Bauraum
- Hohe Umgebungstemperaturen,
wie im Kfz und bei Umrichterintegration in einen Elektromotor
Die Verarbeitung
unverpackter Chips mit Dickdrahtbonden ist eine weitere Verarbeitungsmöglichkeit,
die eine noch höhere Integrationsdichte, z.B. für die Modulintegration,
gestattet. Aufgrund der hohen Kosten für den Aufbau und die Unterhaltung
des erforderlichen Produktionsprozesses ist diese Technik praktisch
nur bei Großserienherstellern anzutreffen.
Asynchronmaschine
Dies ist das
"Arbeitspferd" in vielen industriellen Anwendungen. Ein einfacher
und robuster Aufbau begründet die weite Verbreitung. Besonders
oft sind diese Motoren bei Fahrantrieben und in der Fördertechnik
zu finden. Ausgerüstet mit moderner Elektronik steht das dynamische
Regelverhalten dem anderer Antriebe in nichts nach, so daß auch
Servoanwendungen damit ausführbar sind. Nachteilig gegenüber Synchronmaschinen
sind der Blindleistungsbedarf, die Rotorverluste und der somit
meist etwas ungünstigere Gesamtwirkungsgrad.
ASIC
Hierunter
werden applikationsspezifische integrierte Schaltkreise verstanden.
Dies stellt die höchste Form der Elektronikintegration da. Die
Gründe für die Entwicklung eines spezifischen Schaltkreises können
sehr vielschichtig sein. Meist entsteht der Wunsch nach einer
entsprechenden Elektronikintegration, wenn die gewünschte Funktion
nicht in kompakter Form durch Standardprodukte abgedeckt werden
kann. Ob dieser Weg wirtschaftlich sinnvoll ist, hängt von sehr
vielen Einflußgrößen ab und muß immer von Fall zu Fall untersucht
werden. Bei den uns bekannten ASIC-Projekten liegen die Jahresstückzahlen
so zwischen 10..50 Tausend.
Direktantrieb
Dies bezeichnet
eine Anordnung, bei der eine mechanische Arbeitsmaschine/Last
direkt und ohne Einsatz eines Zwischengetriebes mit einem Elektromotor
gekoppelt ist. Getriebe werden immer dann benötigt, wenn die Drehfrequenz
von Last und Elektromotor stark voneinander abweichen. Daher sind
in der Anwendung langsamlaufende (<< 50 Hz) und schnellaufende
(>>50 Hz) Direkantriebe anzutreffen.
EC-Motor
Hierunter
werden elektronisch kommutierte Gleichstrommaschinen verstanden;
oft auch als DC-brushless Motoren bezeichnet. Im Prinzip handelt
es sich dabei um eine permanenterregte Synchronmaschine, die mit
blockförmigen Strömen gespeist wird. Vorteile sind eine einfache
Steuerelektronik und eine einfache Sensorik. Theoretisch kann
durch die Strom-Blockform die Maschinenausnutzung gegenüber Bestromung
mit sinusförmigen Strömen wesentlich erhöht werden. Meist steht
dem jedoch eine Reihe von praktischen Einschränkungen entgegen.
Das Prinzip ist oft bei Kleinmotoren zu finden, was mit der aufwandsarmen
Steuerelektronik zusammenhängt.
Intelligentes
Leistungsmodul
Ein intelligentes
Leistungsmodul - auch als intelligentes Powermodul (IPM) bezeichnet
- stellt die Integration einer kompletten Leistungsendstufe, z.B.
eine B6-Transistorbrücke, zusammen mit weiteren Schutz- und Überwachungsfunktionen
da. Üblich ist auch eine galvanische Trennung der Steuersignale
mit enthalten. Der Einsatz von IPM ist vorrangig bei kleineren
und mittleren Produktionsmengen von Vorteil.
Intelligentes
Umrichtermodul
Dies geht
als Erweiterung aus einem intelligenten Leistungsmodul hervor,
indem die Sensorik- und Regelungsfunktionen für einen Drehstromantrieb
mit in das Modul integriert werden. Dies sind:
- integrierte
Motorsteuerelektronik mit Strommessung
- integrierte
Spannungsversorgung aus dem Zwischenkreis
- serielles
(Feld-) Businterface
- durch Anwender
konfigurierbare Regelungsfunktionen
- optionales
Erweiterungsinterface mit galvanischer Trennung, z.B. für den
Einsatz von Lagegebern
Reluktanzmaschine
Die Reluktanzmaschine
ist eine durch den Statorfluß erregte Synchronmaschine. Der Rotoraufbau
ist dadurch sehr einfach als Blechpaket ohne Rotorwicklung und
ohne Magnete ausführbar und damit robust und preiswert. Dies erlaubt
den Einsatz bei kostensensitiven Anwendungen, wie bei Haushaltsmaschinen
und im Automobilbereich, und auch bei sehr hohen Drehzahlen, wie
bei Pumpen und Gebläsen. Nachteilig sind der hohe Blindleistungsbedarf
und die hohen Geräusche. Bei einem auf fairen Annahmen beruhendem
Vergleich mit anderen Maschinen ergibt sich für die Reluktanzmaschine
eine vergleichsweise schlechte Leistungsdichte.
"sensorlose"
Drehzahlregelung von Drehstromantrieben
Trotz der
Namensgebung sind die bekannten Verfahren für Asynchronmaschinen
als Drehzahlsteuerung anzusehen, die mit Hilfe modellbasierter
Beobachter die Drehzahl schätzen. Für eine gelungene Umsetzung
müssen gleichzeitig erfüllt sein:
- Gut umgesetztes
Modell der Regelstrecke, die ja keinesfalls nur aus der Maschine
besteht.
- Hierbei
geht es weniger um Präzision, sondern um gute Reproduzierbarkeit
bei unterschiedlichen Motoren, um Parameterunempfindlichkeit
und um Stabilität in allen Betriebspunkten.
- Umsetzung
einer sehr guten Parameteridentifizierung
- Sehr genaue
Stromsensorik
- Gehobene
Rechenleistung
- Hohe Belastbarkeit
des Entwicklungs-Budgets
Aus physikalischen
Gründen können die Verfahren für Universalumrichter bei Rotorfrequenz
Null nicht funktionieren. Erreicht werden aber die volle Verfügbarkeit
des maximalen Drehmomentes bis herab zu Frequenzen unter 1 Hz
und dabei eine gute Drehzahlkonstanz auch bei dynamischen Änderungen
des Lastmomentes.
Synchronmaschine
Dies ist die
bevorzugte Maschine bei Servoantrieben, bei Generatoranwendungen
und bei allen Spezialantrieben, die von der Grundkonfguration
eines Zylinderläufers stark abweichen, wie Scheibenläufer, Radnabenmotoren,
Linearantriebe und diverse andere Direktantriebe. Mit permanenterregten
Maschinen werden die höchsten Leistungsdichten und die besten
Wirkungsgrade erreicht. Bedingt durch den anspruchsvollen Aufbau
des Rotors sind die Kosten im Vergleich zur Asynchronmaschine
relativ hoch.
VeCon
Dies ist der
Name eines Entwicklungsprojektes des früheren IAM - Institut für
angewandte Mikroelektronik GmbH in Braunschweig. Im Rahmen des
Projektes entstand ein Chipsatz, bestehend aus einem digitalen
Schaltkreis, der einen C165, einen DSP und alle für Umrichteranwendungen
benötigten digitalen Peripheriefunktionen umfaßt. In einem weiteren
analogen Schaltkreis sind alle benötigten Analogfunktionen, wie
A/D-Umsetzer, S&H-Elemente, Komparatoren, D/A-Umsetzer, enthalten. |
