Prof.-Dr.-Ing. Gernot Schullerus, Hochschule Reutlingen, Reutlingen
1. Zentrales Konzept 2. Dezentrales Konzept 3. Bewertung 4. Zu dieser Serie
Die „treibende Kraft“ in Maschinen und Anlagen ist der elektrische Antrieb. Obwohl in vielen Anlagen hydraulische und pneumatische Antriebssysteme vorhanden sind, ist der elektrische Antrieb aufgrund seiner hervorragenden Dynamik und Genauigkeit ebenso wie seiner guten regelungstechnischen Eigenschaften sowie seiner Effizienz zunehmend die erste Wahl bei der Konzeption neuer Anlagen.
In Leistungsbereichen oberhalb circa 300 W werden in der Regel Drehfeldmaschinen, d.h. Asynchron- oder Synchronmaschinen eingesetzt. Für Anwendungen mit einer hohen Anforderung an die Dynamik, die Genauigkeit oder auch die Effizienz werden diese Maschinen mit einem Frequenzumrichter betrieben, der die Netzspannung umrichtet und dem Motor die jeweils erforderlichen Spannungen bereitstellt. Bezogen auf die Integration des Motor-Umrichter-Systems werden schaltschrankbasierte und dezentrale Konzepte eingesetzt. Der wesentliche Unterschied ist dabei der Einbauort des Umrichters, zentral im Schaltschrank oder dezentral integriert mit dem Motor.
Zentrales Konzept
Zentrale Konzepte sind derzeit weit verbreitet. In diesem Konzept sind Motor und Umrichter räumlich voneinander getrennt. Der Umrichter ist üblicherweise in einem Schaltschrank verbaut. Hier wird er über das Drehstromnetz versorgt und erzeugt zunächst in einem Gleichrichter eine Gleichspannung. Der Wechselrichter wandelt diese Gleichspannung in das zu jedem Zeitpunkt erforderliche Drehspannungssystem für den Motor um. Die Abbildung 1 zeigt hierfür zwei Varianten nämlich in der Ausführung als
Der Motor wird über eine Motorleitung mit dem Umrichter verbunden, deren Länge je nach Anwendung variieren kann. Zusätzlich ist häufig eine Geberleitung erforderlich, die das Gebersignal des Motorgebers zum Umrichter zurückführt. Üblicherweise wird die Bewegung der Antriebe durch einen Motion Controller (MC) gesteuert, der über das Antriebsbussystem mit den Modulen des Achsverbunds kommuniziert. Die ebenfalls mögliche Kommunikation mit dem Servoverstärker ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet.
Dezentrales Konzept
Konzepte zur dezentralen Antriebstechnik verlagern die Intelligenz sowie die ansteuernde Elektronik aus dem Schaltschrank zum Antrieb. Die beiden wesentlichen Konzepte leiten sich daher aus den beiden Varianten des zentralen Konzeptes ab. Bei den Varianten des dezentralen Konzeptes wird die Leistungs- und Steuerelektronik direkt auf dem Gehäuse des Motors angebracht und damit die Intelligenz für die Ansteuerung des Motors aus dem Schaltschrank in den Antrieb verlagert. Der wesentliche Unterschied besteht in der Bereitstellung der Energieversorgung und der aufgespannten Topologie. Während der dezentrale Antrieb in dem Konzept in der Abbildung 2(a) mit einem dreiphasigen Drehstromnetz versorgt wird, wird in den Abbildungen 2(b) und (c) über ein Versorgungsmodul ein Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellt und über eine Linien- beziehungsweise Sterntopologie unter Verwendung eines Feldverteilers (FV) an die Antriebe verteilt. Die Antriebsverstärker werden daraus mit Gleichspannung versorgt. Die Vorteile der Variante (b) und (c) sind:
