Antriebstechnik: Antriebsregler für BLDC-Motoren

Antriebstechnik

Antriebsregler für BLDC-Motoren

Antriebsregler Variotronic
Der Mulfinger E-Motoren- und Ventilatorenhersteller EBM-Papst erweitert sein Produktspektrum um den leistungsstarken Antriebsregler Variotronic VTD-K4. Bilder: EBM-Papst
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Mit neuen leistungsstarken Antriebsreglern ergänzt EBM-Papst sein Produktspektrum. Damit können büstenlose Gleichstrommotoren nun auch extern gesteuert werden.

Patrick Schumacher
Leiter Produktmanagement Industrial Drive Technology, EBM-Papst, St. Georgen

Der Elektromotoren- und Ventilatorenhersteller EBM-Papst aus Mulfingen hat sein Produktportfolio um die leistungsstarken Antriebsregler Variotronic VTD-K4 erweitert. Damit können Kunden bürstenlose Gleichstrommotoren (brushless DC Motor, kurz: BLDC-Motoren) mit einem eigenen externen Regler betreiben.

Diese Betriebselektronik ist funktional identisch zu dem im hauseigenen Portfolio befindlichen integrierten Elektronik-Modul K4. Das Modul ist mit den Motoren der Baureihe ECI 63.xx-K4 (BLDC-Innenläufermotor im Leistungsbereich von 150 bis 400 W) und VDC 49.15-K4 (BLDC-Außenläufermotor im Leistungsbereich von 100 bis 150 W) bereits in vielen Applikationen erfolgreich im Einsatz.

Die deutliche Erhöhung der möglichen Motorabgabeleistung bis zu 1000 W und 4800 W Spitzenleistung lässt den Betrieb des neuen BLDC-Innenläufermotors ECI 80.xx (bis 754 W Dauerleistung) zu. Zudem können so nun alle BLDC-Motoren, also Innen- und Außenläufermotoren in Schutzkleinspannung des Anbieters, betrieben werden.

Einfache Ansteuerung des Antriebsreglers – egal, ob in Motor integriert oder extern

Bei Inbetriebnahme und Ansteuerung im Betrieb, beispielsweise mittels einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), macht es keinen Unterschied, ob der Regler im Motor integriert oder als externer Regler ausgeführt ist. Der 4Q-Regler ermöglicht die Positionsregelung; alternativ ist auch eine Drehzahl- oder Drehmomentregelung möglich.

Vier digitale Eingänge des Antriebsreglers ermöglichen das Ansteuern des Reglers. Zwei der digitalen Eingänge sind parametrierbar. So kann etwa über einen zusätzlichen analogen Eingang ein 0 bis 10-V-Sollwertsignal vorgegeben werden.

Drei digitale Ausgänge zeigen Drehzahl-Istwerte oder Fehlermeldungen

Zur weiteren Ausstattung des Antriebsreglers gehören drei digitale Ausgänge. Über diese können beispielsweise Drehzahl-Istwerte oder Fehlermeldungen digital ausgegeben werden. Die Statusanzeige erfolgt optisch durch eine LED. Eine große Zahl von Schutzfunktionen ist ebenfalls implementiert. Kodierte Stecker ermöglichen eine schnelle und zuverlässige Inbetriebnahme.

Der Profilgenerator erzeugt lineare Fahrprofile und stellt sicher, dass Bewegungsprofile so ausgeführt werden, wie sie der Anwender benötigt. Eine integrierte Encoder-Teilerfunktion ermöglicht die Anpassung von Encoder-Signalen des Motors in eine, von der übergeordneten Steuerung, einlesbare Form.

Ein integrierter Ballastcontroller schützt den Antrieb im generatorischen Betrieb vor Beschädigungen und verhindert das Rückspeisen. Die Ballastschaltung ist im Regler ausgeführt, der notwendige Ballastwiderstand ist am Regler extern anzuschließen. Ein digitaler Eingang kann zur Drehzahlvorgabe als Pulsweitenmodulationseingang verwendet werden.

Regler beinhaltet verschiedene Kommutierungsarten

Der Regler bietet zudem mehrere Kommutierungsarten. Motoren können block- oder sinusförmig betrieben werden. Mit der feldorientierten Regelung wird das Antriebssystem maximal energieeffizient. In die einzelnen Motorphasen wird zu jedem Zeitpunkt der ideale Strom eingeprägt, dieser wird vollständig zur Drehmomentbildung verwendet. Im System wird ein optimaler Wirkungsgrad sichergestellt, die Blindleistung wird auf ein Minimum reduziert.

Die Rotorlage-Erkennung kann im einfachen Fall über drei im Motor integrierte digitale Hall-Sensoren erfolgen. Applikationen mit höheren Anforderungen an Positioniergenauigkeit können durch die Bereitstellung einer größeren Anzahl an Rotorlage-Informationen bedient werden. Diese genauer auflösenden Signale können entweder von motorintegrierten analogen Hall-Sensoren oder einem am Motor angebauten inkrementellen Geber bereitgestellt werden.

Die Regler ermöglichen ein nachträgliches Firmware-Update über die Service-Schnittstelle im eingebauten Zustand. So ist im Updatefall eine aufwendige Demontage des Antriebsreglers nicht notwendig. Stillstandszeiten der Maschine werden dadurch auf ein Minimum reduziert. Die Verwendung der aktuellen Firmware kann bei Bedarf gewährleistet werden.

Antriebsregler eignet sich für mobile Anwendungen

Die Einbindung in verschiedene Netzwerke und eine einfache Inbetriebnahme wird mit der PC-Software Kickstart unterstützt. Das Softwaretool ermöglicht einerseits die Einstellung der relevanten Motorparameter, anderseits können kundenspezifische Parametrierungen, wie komplette Fahrprofile, vorgenommen werden. Auf Wunsch können diese vor Auslieferung fest einprogrammiert werden.

Der Antriebsregler eignet sich vor allem für mobile Anwendungen wie fahrerlose Transportsysteme (FTS), Rollstühle oder Shuttle im Lager. Werden hohe Lastunterschiede mit unterschiedlichen Drehzahlen dynamisch bewegt, stellt dies eine anspruchsvolle Aufgabe an ein Antriebssystem insbesondere für den Antriebsregler dar. Mit Nennspannungen von 24 und 48 V/DC sind bei einem Dauerstrom von bis zu 40 A Aufnahmeleistungen bis 1000 W möglich. Hierbei können Spitzenströme von 100 A bis zu fünf Sekunden zur Verfügung gestellt werden, um die hohen Lastunterschiede zu meistern, welche wiederholt beim Beschleunigungsvorgang eines FTS benötigt werden. Ähnliche gelagerte Anforderungen bei Shuttle-Anwendungen können ebenfalls vom Antriebsregler bewältigt werden.

Kompakter Antriebregler ermöglicht platzsparende Montage

Ein weiterer wichtiger Aspekt für batteriebetriebene FTS ist die geringe Ruhestromaufnahme des Antriebsreglers. Dies ist die Grundvoraussetzung für einen energiesparenden Standbybetrieb zwischen den Fahrten und den Ladezyklen. Aufgrund seiner kompakten und robusten Bauweise der Regelelektronik ermöglicht der Antriebsregler eine platzsparende Montage in unmittelbarer Nähe des Antriebes im oft begrenzten Bauraum. Die neuen Regler sind in den Spannungsvarianten 24 und 48 V/DC verfügbar.

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