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Elektromotoren
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Da die Magnete sich in Bezug auf das erzeugte Magnetfeld wie Luft verhalten, werden
Schenkelpol- und Vollpolfelder erzeugt. Da bei SPM-Motoren L
und L
denselben Wert haben,
d
q
wird ein Vollpolfeld erzeugt, während die unterschiedlichen L
und L
eines IPM-Motors zu
d
q
einem Schenkelpolfeld führen, das ein zusätzliches Drehmoment im Feldschwächungsbereich
erzeugt.
1.4.1.1 Gegen-EMK
Wenn die Welle eines PM-Motors gedreht wird, erzeugt der Motor an seinen Klemmen eine
Spannung. Diese Spannung wird Gegen-EMK (EMK = elektromotorische Gegenkraft) genannt
und stellt eine wichtige Eigenschaft des Motors dar. Je höher die Spannung, desto besser die
Motoreffizienz. Abhängig vom Anschluss und der Positionierung der Wicklungen kann die
Form des Gegen-EMK trapez- oder sinusförmig sein. Bei einer trapezförmigen Spannung ist
eine sogenannte Blockkommutierung erforderlich, die in der Elektronik einfach umzusetzen
ist, jedoch auch Nachteile hat, wie z. B. Geräuschentwicklung und Drehmoment-Rippel.
Normalerweise erzeugen PM-Motoren eine sinusförmige Gegen-EMK und werden über
sinusförmige Kommutierung betrieben.
Die Tatsache, dass der Motor aktiv eine Spannung erzeugt, ist nicht nur während des Betriebs zu
berücksichtigen, sondern auch bei der Trennung des einspeisenden Frequenzumrichters vom
Netz (Stromausfall, Betriebsstörungen, ausgeschaltet), da der Motor potenziell genug Energie
erzeugen kann, um den Umrichter mit Energie zu versorgen, während die Welle rotiert (etwa
im Motorfreilauf ). Welche Spannung erforderlich ist, um den Frequenzumrichter mit Energie
zu versorgen, hängt davon ab, für welche Netzspannung der Frequenzumrichter konstruiert
worden ist.
Beispiel: Erforderliche Drehzahl eines PM-Motors mit 200 V Gegen-EMK, um einen
Frequenzumrichter für eine Netzspannung von 400 V zu versorgen (erforderliche
Zwischenkreisspannung ca. 320 V DC).
U
320 V
Zwischenkreis
√2
√2
n
=
×1000 U/min =
×1000 U/min = 1134 U/min
Netz-Ein
U
200 V
Gegen-EMK bei 1000 U/min
Wenn die durch den Motor erzeugte Spannung zu hoch ist, kann dies zur Beschädigung des
Umrichters führen. In der Praxis ist dies möglich, wenn der angeschlossene Frequenzumrichter
ausgeschaltet wird, während der Motor bei sehr hoher Drehzahl läuft. Während des Betriebs
begrenzt der Frequenzumrichter die Spannung, die vom Motor zurückfließt. Wird die Regelung
plötzlich ausgeschaltet, kann die volle Gegen-EMK sofort zu den Klemmen zurückfließen. Diese
kritische Drehzahl hängt von der Gegen-EMK des Motors und der Spannung ab, für die der
Frequenzumrichter konstruiert worden ist.
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