Jürgen Dlugosch, Baumüller Nürnberg GmbH
2024-08-21T14:24:38+02:00
SmartValue
Baumüller

Smart Operation Point: Leistungsspitzen in elektrischen Maschinen und Anlagen meistern – ohne ?berdimensionierungen

How-to: ?berdimensionierung vermeiden durch maximale Auslastung der elektrischen Antriebe.

Das Problem

Die Notwendigkeit Leistungsspitzen in elektrischen Maschinen (z.B. bei Shreddern oder Pressen) zur Verfügung zu stellen kann dazu führen, dass es bei der Antriebsauslegung zu ?berdimensionierungen kommt. Das verursacht unn?tig Kosten und kann vermieden werden. Die tats?chliche Ausgangsleistung, die mit einem Servoregler realisiert werden kann, ist von der Schaltleistung der eingbauten IGBTs abh?ngig. Diese Schaltleistung der IGBTs ist von verschiedenen Faktoren abh?ngig: Ausgangsstrom, Ausgangsfrequenz, Temperaturanstieg, Einschaltdauer.

IGBT

IGBT, ausgeschrieben Insulated Gate Bipolar Transistoren, sind Leistungshalbleiter, die mittlerweile in nahezu allen industriellen Anwendungen enthalten sind. Das IGBT ist für das m?glichst schnelle und somit verlustarme Schalten elektrischer Str?me zust?ndig. Die an den IGBTs entstehende Verlustleistung und dem damit verbundenen Temperaturanstieg ist umgekehrt proportional abh?ngig von der Ansteuerfrequenz. Hier findet ein pulsweiten modiliertes Signal (PWM) Verwendung.

Das Ziel

?berdimensionierung vermeiden durch maximale Auslastung der elektrischen Antriebe.

Die L?sung

Eine kurzfristige hohe Belastung elektrischer Antriebe, bei der ein hohes Moment bei niedrigen Drehzahlen erforderlich ist, führt zu thermischer Belastung. Dieser Stress beeinflusst die Lebensdauer IGBTs und damit der Ger?te negativ. Um einen vorzeitigen Ausfall zu vermeiden wird darum oft auf gr??ere Komponenten ausgewichen, was aber zu h?heren Herstellungskosten führt. Das muss nicht sein. Mit der Implementierung des dynamischen Temperaturmodells von Baumüller kann die Auslastung und damit die thermische Belastung der Servoregler erfasst werden. Die Taktfrequenz des Leistungsteils kann dann automatisch in Echtzeit reduziert werden. Dadurch wird kurzfristig eine h?here Ausgangsleistung der Ger?te m?glich, ohne dass die Lebensdauer darunter leidet.

Zus?tzlicher Nutzen kann erreicht werden, in dem dieser Effekt umgedreht eingesetzt wird: Im Leerlauf der Maschine kann die PWM- Frequenz erh?ht werden, damit reduzieren sich die Ger?uschentwicklungen des Motors welche durch elektromagnetische Effekte hervorgerufen werden. ?

Der Nutzen

Antrieb kann kleiner dimensioniert werden

Oder: Produktivit?t der Maschine steigt

Reserven für kurzeitige Leistungsspitzen m?glich (z.B. in Shreddern, Pressen)

Ger?uschbelastung durch die Maschine sinkt

Hohes Moment bei niedriger Drehzahl kann Komponentenschonend realisiert werden

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