Synchronmotor

Die Alternative

Die wesentlichen Anforderungen der Textilindustrie hinsichtlich elektromechanischer Antriebe sind Verfügbarkeit und Regelbarkeit. Eine interessante Alternative zu den üblicherweise eingesetzten Asynchronmotoren und Servoantrieben ist ein von ABM Greiffenberger entwickelter Synchronmotor mit sinusförmiger Flussverteilung, bei dem Rotorlage und Drehzahl aus den elektrischen Größen ermittelt wird.

Asynchronmotor oder Servoantrieb? Vor diese Frage sehen sich viele Konstrukteure von Textilmaschinen gestellt, die entweder Antriebe für Umspuler oder Wickler auswählen, oder auf der Suche nach energiesparenden Hauptantrieben für zentrale Maschinenfunktionen sind. Beide Varianten bieten dem Anwender unterschiedliche Eigenschaften, sowohl positive als auch negative: So hat der Asynchronmotor beispielsweise den Nachteil des größere Bauvolumens, ist also schwieriger in die Maschine zu integrieren. Der Servomotor ist zwar kleiner, benötigt aber einen Geber, der Drehzahl und Rotorlage erkennt. Dies wiederum erhöht die Investition und den Installationsaufwand.

Sensorlose Regelung

Ein Konzept, das sich durch günstige Kosten, einfache Installation und sehr gute Regelbarkeit auszeichnet ist ein neu entwickelter Synchronmotor mit Hochleistungs-Permanentmagneten, der eine sinusförmige Flussverteilung (EMK) aufweist – der Sinochron-Motor. Neben guten Rundlaufverhalten und geringer Geräuschentwicklung bieten diese Motoren einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Leistungsdichte. Sie schaffen also die Voraussetzung für die Konstruktion kompakter und zugleich energiesparender Antriebssysteme.

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Für die Regelung haben sich die Ingenieure von ABM Greiffenberger eine technisch und wirtschaftlich gleichermaßen überzeugende Lösung einfallen lassen. So werden die Istwerte für Rotorlage und Drehzahl nicht mechanisch erfasst, sondern aus elektrischen Größen ermittelt. Die dafür von ABM entwickelten elektronischen Steuergeräte der Produktreihe SDC (Servo Drive Controller) sind optimal auf die Eigenschaften dieser Sinochron-Motoren abgestimmt. Diese SDC-Regler bilden die zu ermittelnden Werte aufgrund der Motorparameter in der Controller-Software ab, so dass man auf einen separaten Geber verzichten kann. Bisherige Hardware-Funktionen verlagern sich somit auf die Software.

Damit kann auf eine Antriebskomponente verzichtet und Kosten und Bauraum können eingespart werden. Dennoch wird eine hohe Genauigkeit erreicht: Das System erkennt die Rotorlage bis auf 5° elektrisch genau – das ist absolut ausreichend für Antriebe, bei denen ein Drehzahlstellbereich bis 1:1000 oder eine mittlere Positionsgenauigkeit gefordert werden.

Neben dem Platz sparenden Einbau, der Kostenersparnis und der einfachen Anschlusstechnik bietet der sensorlose Antrieb mit Sinochron-Motor aber noch weitere Vorteile. So schafft der Verzicht auf den Rotorlage-/Drehzahlsensor die Voraussetzung für eine höhere Zuverlässigkeit des Antriebssystems. Da die Rotorlage in jeder Position erkannt wird, der Rotor also beim Start nicht ausgerichtet werden muss, kommt es beim Anlauf des Antriebs nicht zu unkontrollierten Motorbewegungen – ein Plus, das unter anderem in der Textilindustrie besonders geschätzt wird. Das Antriebssystem mit Sinochron-Motor und SDC-Regler erlaubt eine optimale Anpassung an die individuellen Anforderungen, denn neben dem Motor-Controller für die Drehzahl- und Drehmomentregelung ist ein „Advanced Controller“ in die Regeleinheit integriert. Er ist mit kundenspezifischen Anwendungsfunktionen programmiert.

Das angepasste Drehmoment- und Drehzahlverhalten ermöglicht mit einem entsprechend abgestimmten Bremsmoment eine optimale Beschleunigung sowie ein präzises Verzögern und Positionieren. Somit lassen sich Branchenlösungen für den Textilmaschinenbau generieren, die auch den höchsten Ansprüchen gerecht werden. Auch spezielle Funktionen wie beispielsweise eine elektronische Welle oder eine Gleichlaufregelung ohne integralen Fehler können mit geringem Aufwand realisiert werden. Da die Antriebe auch im Feldschwächbetrieb arbeiten können, sind Anwendungen möglich, bei denen eine konstante Leistung gefragt ist – ein typisches Beispiel hierfür sind Wickelantriebe.

Ziel: Kosteneinsparung

Zu den Entwicklungszielen des Sinochron-Motors mit SDC-Regler gehörte es auch, dem Textilmaschinenbauer Möglichkeiten der Kosteneinsparung zu bieten. Dieses Ziel hat ABM Greiffenberger erreicht. Im Durchschnitt spart der Anwender im Vergleich zu einem Servomotor mit Geber rund 20 Prozent – diese Zahl bezieht sich nur auf die Anschaffungskosten. Gegenüber einem Antrieb mit Asynchronmotor liegt die Ersparnis in den Betriebskosten. Außerdem ist die Verlustleistung des neuen Motors bis zu 40 Prozent geringer als die eines Asynchronmotors. Dr. Peter Stipp / stipp@hoppenstedt.de

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