12.06.2018

Betriebselektronik für BLDC-Motoren

Extern geregelt

Zentral oder dezentral? Wenn es um die Ansteuerung von Antrieben geht, ist diese Frage pauschal nicht zu beantworten. Es kommt immer auf die Kriterien der jeweiligen Anwendung an, auch wenn aktuellen Entwicklungen insgesamt etwas mehr in Richtung dezentraler Lösungen zeigen. Für den Anwender steht jedoch im Vordergrund, dass Inbetriebnahme und Ansteuerung einen Motors in beiden Fällen einheitlich möglich ist.


Mit dem neuen Regler Variotronic VTD-K4 richtet sich EBM-Papst an dezentrale Antriebsanwendungen.
Bild: EBM-Papst St. Georgen GmbH & Co. KG

Mit der neuen leistungsstarken Betriebselektronik Variotronic VTD-K4 bietet EBM-Papst Anwendern die Möglichkeit, BLDC-Motoren mit einem eigenen externen Regler zu betreiben. Die Betriebselektronik ist funktional identisch zum integrierten Elektronikmodul K4 aus dem Portfolio des Hersteller. Das Modul ist mit den Innenläufermotoren der Baureihe ECI 63.xx-K4 (Leistungsbereich 150 bis 400W) und den Aussenläufermotoren vom Typ VDC 49.15-K4 (Leistungsbereich 100 bis 150W) bereits in vielen Applikationen im Einsatz. Die deutliche Erhöhung der möglichen Motorabgabeleistung bis 1.000W (Spitzenleistung 4.800W) lässt auch den Betrieb des neuen BLDC-Innenläufermotors ECI 80.xx (bis 754W Dauerleistung) mit dem externen Regler zu.

Identische Inbetriebnahme

Egal ob der Regler im Motor integriert oder als externer Regler ausgeführt ist, die Inbetriebnahme und Ansteuerung im Betrieb, z.B. über einer SPS, sind identisch. Der 4Q-Regler erlaubt Positionsregelung; alternativ ist auch eine Drehzahl- oder Drehmomentregelung möglich. Vier digitale Eingänge ermöglichen das Ansteuern des Reglers, zwei davon sind parametrierbar. Über einen zusätzlichen analogen Eingang kann ein 0-10V-Sollwertsignal vorgegeben werden. Zur weiteren Ausstattung der externen Elektronik gehören drei digitale Ausgänge. Über sie können z.B. 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.

Umfangreiche integrierte Funktionen

Der integrierte 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 Gerbersignalen des Motors in eine, von der übergeordneten Steuerung, einlesbare Form. Ein integrierter Ballast-Controller schützt den Antrieb im generatorischen Betrieb vor Beschädigungen und verhindert das Rückspeisen elektrischer Energie. Die Ballastschaltung ist im Regler ausgeführt, der notwendige Widerstand ist am Regler extern anzuschließen. Ein digitaler Eingang kann zur Drehzahlvorgabe als PWM-Eingang verwendet werden. Der Regler bietet mehrere Kommutierungsarten. Motoren können block- oder sinusförmig betrieben werden. Durch die feldorientierte Regelung wird das Antriebssystem sehr energieeffizient. In die einzelnen Motorphasen wird zu jedem Zeitpunkt der passende Strom eingeprägt und vollständig zur Drehmomentbildung verwendet. Im System wird ein hoher Wirkungsgrad sichergestellt und die Blindleistung reduziert. Die Rotorlageerkennung 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 Rotorlageinformationen bedient werden. Solche 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 Serviceschnittstelle im eingebauten Zustand, somit ist im Update-Fall eine aufwändige Demontage des Reglers nicht notwendig. Stillstandszeiten der Maschine können sich dadurch verringern. Die Verwendung der aktuellsten Firmware kann bei Bedarf gewährleistet werden.

Einfache Inbetriebnahme

Die Einbindung in verschiedene Netzwerke und eine einfache Inbetriebnahme wird mit der PC-Software Kickstart unterstützt. Das Software Tool ermöglicht einerseits die Einstellung der relevanten Motorparameter, anderseits können kundenspezifische Parametrierungen (z.B. komplette Fahrprofile) vorgenommen werden. Auf Wunsch können diese vor Auslieferung fest einprogrammiert werden. Der neue Antriebsregler Variotronic VTD-K4 richtet sich als kompakte und leistungsstarke Lösung auch an mobile Anwendungen wie fahrerlose Transportsysteme, Rollstühle oder Shuttle im Lager. Mit Nennspannungen von 24 und 48V/DC sind bei einem Dauerstrom von bis zu 40A Aufnahmeleistungen bis 1.000W möglich. Hierbei können Spitzenströme von 100A bis zu 5s zur Verfügung gestellt werden, um hohe Lastunterschiede zu meistern, wie sie z.B. beim Beschleunigungsvorgang eines FTS benötigt werden. Damit hebt sich dieser Antriebsregler von marktüblichen Reglern ab. Ähnliche gelagerte Anforderungen können ebenfalls vom Antriebsregler bewältigt werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die geringe Ruhestromaufnahme des Antriebsreglers.

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Einfache Montage sowie kompakte Bauweise

Die kompakte und robuste Bauweise der Regelelektronik ermöglicht eine platzsparende Montage in unmittelbarer Nähe des Antriebes im oft begrenzten Bauraum. Die Regler sind in den Spannungsvarianten 24 und 48V/DC verfügbar. Die neue Betriebselektronik wurde beim Hersteller über lange Zeit getestet. Kunden, müssen sie zwar für ihre Applikation parametrieren und qualifizieren, sie kann aber bedenkenlos in Serienprodukten eingesetzt werden.

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