Patentiert: Geberlose, feldorientierte Regelung von KEB Automation
Ein neues geberloses, feldorientiertes Regelungsverfahren (Vektorregelung) von KEB Automation ermöglicht Anwendern die (Maximum Torque per Ampere-)Regelung über den gesamten Drehzahlbereich. Davon profitieren etwa Servoantriebe für Positionieranwendungen, bei denen eine hohe Rundlaufgüte auch bei kleinsten Drehzahlen gefordert wird. Auch für Schwungrad-Energiespeicher, die über den gesamten Drehzahlbereich an der Drehmomentgrenze betrieben werden, ist das Verfahren geeignet. Permanentsynchron-, IPM- und Synchron-Reluktanzmotoren können so eine Performance aufweisen, die einem Betrieb mit Geber in nichts nachsteht. Ein Modell-Aufbau belegt das – und macht den Motor darüber hinaus zur Musikanlage.
Eine geringere Störungsanfälligkeit, weniger Verdrahtungsaufwand und letzten Endes niedrigere Kosten: Die Vorteile der geberlosen Motorenregelung sind vielfältig und überzeugen insbesondere dann, wenn sich die Leistung mit der geberbehafteten Regelung messen kann. Um unter anderem auch im unteren Drehzahlbereich sicher zu performen, hat KEB eine geberlose Regelung entwickelt und patentieren lassen: Complex Vector Sensorless Control (CVSCL).
„Das neue Motor-Regelverfahren ermöglicht die Ermittlung von Position, Geschwindigkeit und elektrischen Motorparametern. Eine geschwindigkeitsabhängige Auswahl verschiedener geberloser Regelverfahren ist Dank CVSCL nicht notwendig“, sagt Achim Schöke, stellvertretender Leiter Entwicklung Elektronik – Grundlagenentwicklung bei KEB. Dadurch würden problematische Umschaltvorgänge entfallen, die zu Instabilitäten aufgrund von Einschwingvorgängen führen können.
Das Hochfrequenz-Signal macht die Musik
Der geberlose Regelungsalgorithmus, der auch zur Adaption von Parametern dient, kann prinzipiell mit beliebigen Eingangssignalen gespeist werden. In einem Modell-Aufbau wird ein COMBIVERT F6 Drive Controller angesteuert und über diesen Hochfrequenz-Signale in den Motor eingeprägt. „Häufig verwendete Injektionen sind pulsierende und rotierende Signale. Pulsierende Signale können grundsätzlich durch die Überlagerung von zwei Signalen dargestellt werden, die mit der gleichen Frequenz in entgegengesetzter Richtung rotieren“, sagt Schöke.
Der Beleg für die freie Wahl von Injektionssignalen zur geberlosen Regelung wird im Modellaufbau erbracht: Durch Musik. Die Songs, die der Motor abspielt, entstehen durch zusätzlich eingeprägte Motorspannungen. Diese werden zunächst hochpassgefiltert und dann den Sollwertspannungen der feldorientierten Regelung überlagert. Die resultierenden Spannungen werden schließlich mit Hilfe der Leistungshalbleiter des Frequenzumrichters in den Motor eingeprägt.
Das durch diesen Aufbau dargestellte Regelungskonzept wird über die MicroLabBox von dSPACE umgesetzt. Damit steht eine Echtzeitlösung mit hoher Rechenleistung und lediglich geringen I/O-Latenzen zur Verfügung. „Geplant ist, dass das neue geberlose Regelungskonzept in die KEB Firmware einfließt. Für Anwendungsbereiche, bei denen der Antrieb im unteren Drehzahlbereich bis einschließlich Drehzahl Null sicher betrieben werden muss oder aber ausgehend vom Start schnell hohe Drehzahlen sicher erreicht werden müssen, ist CVSCL eine echte Bereicherung“, erklärt Schöke.