Frequenzumrichter

Frequenzumrichter mit Multi-Level-Technologie

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Erhöhung der Schaltfrequenz

Um die nötigen Drehfeldfrequenzen erzeugen zu können, wurden bislang Zwei-Level-Frequenzumrichter eingesetzt, die die benötigte Ausgangsspannung mittels Pulsweiten-Modulation (PWM) erzeugen. In Abhängigkeit von der verwendeten Schaltfrequenz und der Induktivität des Motors ergibt sich dabei jedoch eine schaltfrequente Welligkeit (Stromrippel) des Motorstroms. Eine Erhöhung der Schaltfrequenzen könnte das Problem lösen – im Fall von Zwei-Level-Frequenzumrichtern ist das jedoch aus technischen und wirtschaftlichen Gründen nicht zielführend. „Im Fall eines Drei-Level-Frequenzumrichters ist eine Erhöhung der Schaltfrequenz aber möglich“, sagt Rolf Gerhardt. „Und genau das ist unser Lösungsansatz.“

Bei der Nutzung dieser Technologie müssen die einzelnen Halbleiterschalter nur noch die halbe Zwischenkreisspannung in Höhe von 300 V schalten, sodass Halbleiter mit einer Sperrspannung von 600 V zum Einsatz kommen können. Diese Halbleitertypen haben signifikant bessere Schalteigenschaften, entsprechend ist die resultierende Verlustleistung trotz Schaltfrequenzen von bis zu 32 kHz beherrschbar. So lassen sich die harmonischen Stromanteile reduzieren, die umrichterbedingten Verluste im Rotor sind gering.

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Spannungshub ist ebenfalls entscheidend

Neben der PWM-Schaltfrequenz ist auch der Spannungshub entscheidend, welcher mit dem PWM-Muster auf die Motorwicklungen beaufschlagt wird. Durch die Drei-Level-Technologie wird der Spannugshub halbiert, was in erster Näherung auch den Stromrippel nochmals um die Hälfte verringert. In der Folge stellen sich abermals wesentlich verringerte Wärmeeinträge im Rotor ein.

Die Firmware des neuen SD2M basiert auf der bewährten Serie SD2S von SIEB & MEYER. Die Multi-Level-Technologie machte es jedoch notwendig, die bestehenden Regelungsalgorithmen und -modelle für den sensorlosen Betrieb von Synchronmotoren anzupassen. Diese Softwareteile wurden also nennenswert strukturell und codeseitig angepasst. Die hardwareseitig realisierten Schnittstellen wurden firmwareseitig implementiert. „Auf der SPS/IPC/Drives präsentieren wir die erste Ausbaustufe der neuen Gerätetechnologie mit einer Nennleistung von 160 kW“, kündigt Rolf Gerhardt an. „Gleichzeitig arbeiten wir bereits an einer Variante mit 250 kW, die Entwicklung schreitet hier gut voran.“ (lz)

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