Motoren und Umrichter: Tool simuliert die Stromform vorab

Das Tool unterstützt erfahrene Anwender und Entwickler während der Projektierungsphase. So nützt der Hersteller von Spezialantrieben ATE den Motor Analyzer für die Auslegung seiner kundenspezifischen Motoren. „Anhand der theoretischen Motor- oder Spindeldaten lässt sich in der Regel nicht absehen, ob sie sich im realen Betrieb auch wirklich abbilden lassen“, erläutert Rolf Gerhardt, Leiter Vertrieb Antriebselektronik bei Sieb & Meyer.

„Deshalb haben wir den Motor Analyzer entwickelt, der abhängig vom jeweiligen Frequenzumrichter aussagekräftige Simulationen möglich macht.“ Mithilfe des neuen Tools können Anwender Betriebspunkte wie Drehzahl, Leistung oder Drehmoment unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden Motordaten, der Netzspannungen, Filterelementen und der Eigenschaften des Frequenzumrichters verifizieren – und zwar schon vor der tatsächlichen Umsetzung. Zusätzlich erfolgt eine Simulation der zu erwartenden Stromqualität, welche essentiell wichtig ist, sodass sich auch der Einsatz von zusätzlichen Motordrosseln bereits im Vorfeld planen lässt. „Das Tool vermeidet Auslegungsfehler und gewährleistet einen optimalen Betrieb des Systems. Insgesamt lassen sich somit auch die Betriebskosten reduzieren“, betont Gerhardt.

Für Dr.-Ing. Andreas Neubauer von der ATE Antriebstechnik und Entwicklungsgesellschaft hat Sieb & Meyer einen klaren Kundenbedarf erkannt und mit der Entwicklung des Motor Analyzers darauf reagiert. „Mir ist ein kein anderer Hersteller von Frequenzumrichtern bekannt, der ein derart leistungsstarkes Tool bietet“, sagt Gerhardt. „Das ist schade, denn eine professionelle Simulation ist ohne eine darauf zugeschnittene Software kaum möglich oder zumindest sehr aufwendig. Die Auslegung von Umrichtern basiert in diesen Fällen zumeist auf Erfahrungswerten.“ Und obwohl die Expertise der Motorexperten aus dem Allgäu groß ist, geht man bei der Entwicklung der speziellen Motoren doch lieber auf Nummer sicher.

ATE hat sich auf hocheffiziente elektrische Antriebe für hohe Drehzahlen und Frequenzen spezialisiert, die individuell für den jeweiligen Kunden und seine Anforderungen konzipiert werden. Nachgefragt werden die maßgeschneiderten Motoren vor allem in der Werkzeugmaschinenindustrie – hier zum Beispiel beim Hochgeschwindigkeitsschleifen oder -polieren. Aber auch in mehrachsigen Bearbeitungszentren, die unter anderem in der Metallverarbeitung zum Einsatz kommen, werden gerne Antriebe von ATE verbaut. „Wir entwickeln für jeden Kunden einen optimalen Elektromotor“, erläutert Dr.-Ing. Andreas Neubauer. „Auf Kundenwunsch empfehlen wir auch jeweils den passenden Frequenzumrichter. Gerade wenn die Drehzahlen hoch sind, ist Sieb & Meyer ein wichtiger Partner für ATE.“

Der Hintergrund: Bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen gibt es oftmals Probleme mit einer hohen Erwärmung der Motoren. Die Frequenzumrichter von Sieb & Meyer sind so konzipiert, dass sich dieser Effekt minimieren lässt. „Umrichter verursachen vor allem im Rotor Verluste, die eine für den Motor schädliche Erwärmung bewirken“, schildert Rolf Gerhardt. „Hinzu kommt, dass das typbedingt geringe Rotorvolumen eines Hochgeschwindigkeits-Motors zusätzliche Temperaturprobleme erzeugt.“ Die Regelungsverfahren der SD2x-Umrichterfamilie führen zu einem geringen Anteil an harmonischen Frequenzen im Motorstrom. Die Verluste fallen im Vergleich zu Wettbewerbsprodukten um bis zu 90 % geringer aus. Die Erwärmung ist entsprechend reduziert.

Somit sind die Frequenzumrichter von Sieb & Meyer eine gute Wahl für die elektrischen Spezialantriebe von ATE. Zum Einsatz kommen zumeist die Typen SD2S und SD2M. „Unsere Unternehmen arbeiten bereits seit der Firmengründung von ATE eng zusammen. Wir haben viele gemeinsame Projekte realisiert, sowohl für gemeinsame Kunden als auch im Rahmen wissenschaftlicher Forschung“, so Rolf Gerhardt. „Unsere spezielle Umrichter- und Motorentechnologie macht einen intensiven Informationsaustausch erforderlich, um bei der Gesamtlösung das Optimum zu erreichen.“

Der Motor Analyzer ist ein wichtiger Baustein für die bestmögliche Auslegung der Antriebe von ATE unter Berücksichtigung des jeweiligen Umrichters. Das Tool bietet die Möglichkeit, unter Vorgabe von verschiedenen Arbeitspunkten (z.B. Drehzahl, Leistung) wertvolle Informationen zu benötigten Strömen und Spannungen, erreichbaren Wirkungsgraden, aber auch Grenzwerten und nicht zuletzt zur Motorstromqualität zu ermitteln. „Das sind Werte, die im Hochgeschwindigkeitsbereich von essentieller Bedeutung sind“, betont Rolf Gerhardt. „Dank der exakten Datenblätter von ATE ist die Simulationsqualität durchweg sehr gut und deckt sich mit den Erfahrungen in der Praxis.“

„Für uns ist der Motor Analyzer ein sehr wertvolles Tool, gerade weil wir viele Permanentmagnet-Motoren verkaufen“, so Dr.-Ing. Andreas Neubauer. „Die Magnete reagieren sehr empfindlich auf unsaubere Ströme, was jedoch im Zusammenspiel mit dem Umrichter extrem schwierig im Voraus zu berechnen ist. Wir kennen zwar unsere Motoren und wissen, wie sie sich verhalten. Das Zusammenspiel mit dem Umrichter konnten wir jedoch bis dato nur schlecht vorhersehen.“ Das hat sich dank des Motor Analyzers geändert: Dank des Tools wird es möglich, vorab die Stromform zu simulieren. ATE kann die Ergebnisse dann in die Motorberechnung übernehmen und kontrollieren, ob der Motor zu warm wird oder ob andere, ungewünschte Effekte auftreten. „Mit dem Motor Analyzer können wir eine Entwicklungsstufe weitergehen“, so Dr.-Ing. Andreas Neubauer abschließend. „Wir können dem Kunden mehr Sicherheit geben, dass sein Gesamtsystem einwandfrei funktioniert – das ist ein signifikanter Mehrwert für alle Beteiligten.“ wk