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

Jürgen Dlugosch, Baumüller Nürnberg GmbH

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Baumüller Smart Value
Holen Sie mit IoT mehr aus Ihrer Antriebstechnik raus: Baumüller Smart Value steht für den Mehrwert, den intelligente Antriebstechnik für Maschinenbau und Maschinenbetreiber bietet. Mit Baumüller Smart Value erweitern wir den Leistungsumfang unserer Servoantriebe: Auf Basis der schon vorhandenen Daten wie Leistung, Strom, Drehmoment, Drehzahl oder Position werden dem Anwender weitere wichtige Informationen z.B. zum Betriebszustand der Maschine geliefert oder direkt im Antrieb Entscheidungen getroffen, um Maschinenausfälle zu vermeiden. Das gleiche gilt für die zugehörige Auslege-Software: Mit ihr wird die Motor-Regler-Kombination optimal für die jeweilige Applikation dimensioniert und die Regler parametriert. Darüber hinaus kann über Simulation die Auslegung sofort am digitalen Zwilling verifiziert und direkt optimiert werden.

How-to: Überdimensionierung 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 Überdimensionierungen kommt. Das verursacht unnötig Kosten und kann vermieden werden. Die tatsächliche Ausgangsleistung, die mit einem Servoregler realisiert werden kann, ist von der Schaltleistung der eingbauten IGBTs abhängig. Diese Schaltleistung der IGBTs ist von verschiedenen Faktoren abhängig: 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 möglichst schnelle und somit verlustarme Schalten elektrischer Ströme zuständig. Die an den IGBTs entstehende Verlustleistung und dem damit verbundenen Temperaturanstieg ist umgekehrt proportional abhängig von der Ansteuerfrequenz. Hier findet ein pulsweiten modiliertes Signal (PWM) Verwendung.

Das Ziel

Überdimensionierung vermeiden durch maximale Auslastung der elektrischen Antriebe.

Die Lösung

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 Geräte negativ. Um einen vorzeitigen Ausfall zu vermeiden wird darum oft auf größere Komponenten ausgewichen, was aber zu höheren 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 Ausgangsfrequenz des Leistungsteils kann dann in Echtzeit online reduziert werden. Dadurch wird kurzfristig eine höhere Ausgangsleistung der Geräte möglich, ohne dass die Lebensdauer darunter leidet.

Zusätzlicher Nutzen kann erreicht werden, in dem dieser Effekt umgedreht eingesetzt wird: Im Leerlauf der Maschine kann die PWM- Frequenz erhöht werden, damit reduzieren sich die Geräuschentwicklungen des Motors welche durch elektromagnetische Effekte hervorgerufen werden.  

Der Nutzen

  • Antrieb kann kleiner dimensioniert werden
  • Oder: Produktivität der Maschine steigt
  • Reserven für kurzeitige Leistungsspitzen möglich (z.B. in Shreddern, Pressen)
  • Geräuschbelastung durch die Maschine sinkt
  • Hohes Moment bei niedriger Drehzahl kann Komponentenschonend realisiert werden

Hier geht’s zu unseren Baumüller Servoantrieben.

Haben Sie noch Fragen?

Jürgen Dlugosch
Senior Product Manager I Baumüller Nürnberg GmbH

Unser zuständiger Experte hilft Ihnen gerne weiter.

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