Steuerungs- Und Regelungsarten; Allgemeines Zur Drehzahlverstellung; U/F-Steuerungsarten - Siemens SINAMICS G130 Projektierungshandbuch

Grundlagen und Systembeschreibung
Projektierungshinweise
1.1.4

Steuerungs- und Regelungsarten

Die Standard-Firmware der in diesem Projektierungshandbuch beschriebenen SINAMICS-Umrichter G130, G150,
S120 und S150 verfügt über verschiedene Steuerungs- und Regelungsarten für Drehstrommotoren:
•
U/f-Steuerungsarten für regelungstechnisch einfache Anwendungen
•
Feldorientierte Regelungsarten für regelungstechnisch hochgenaue und hochdynamische Anwendungen
1.1.4.1

Allgemeines zur Drehzahlverstellung

Die stationäre Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie eines Asynchronmotors lässt sich im Umrichterbetrieb durch Ver-
stellung von Frequenz und Spannung verschieben – wie im folgenden Bild dargestellt. Die „fett" dargestellte Dreh-
moment-Drehzahl-Kennlinie entspricht der Kennlinie des Motors beim Betrieb direkt am Netz mit Bemessungsfrequenz
f und Bemessungsspannung U
n
Konstantflussbereich
Kippmoment
M
Drehmoment – Grenzkurve
des Motors bei Umrichterbetrieb
M
n
Bemessungs-
punkt des
Motors
0
0
Verschiebung der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie eines Asynchronmotors durch Verstellung von Frequenz u. Spannung
Solange die Spannung proportional zur Frequenz verstellt wird, bleibt das Verhältnis von Spannung und Frequenz
konstant und damit auch der magnetische Fluss, das ausnutzbare Drehmoment sowie das Kippmoment des Motors.
Dieser Bereich wird Konstantflussbereich oder auch Grunddrehzahlbereich genannt.
Wird nach dem Erreichen der maximal möglichen Ausgangsspannung des Umrichters die Frequenz weiter erhöht, so
nimmt das Verhältnis von Spannung und Frequenz ab und damit auch der magnetische Fluss im Motor. Dieser Bereich
wird Feldschwächbereich genannt. Im Feldschwächbereich verringert sich bei Asynchronmotoren das ausnutzbare
Drehmoment M im Verhältnis zum Bemessungsdrehmoment M
bleibt dabei konstant. Das Kippmoment im Feldschwächbereich M
Kippmoment M im Konstantflussbereich proportional zum Verhältnis (f
k
1.1.4.2

U/f-Steuerungsarten

Die U/f-Steuerung ist ein einfaches Verfahren zur Drehzahlverstellung von Drehstrommotoren. Das Grundprinzip der
U/f-Steuerung beruht darauf, die Drehzahl des Motors durch Verändern der Frequenz zu verstellen und gleichzeitig die
Spannung gemäß der Charakteristik der in der Firmware ausgewählten U/f-Kennlinie vorzugeben. Der Steuersatz
erzeugt die Pulsmuster zur Steuerung der IGBTs in den drei Phasen des Leistungsteils des Umrichters.
SINAMICS Projektierungshandbuch – Februar 2020
28/562
© Siemens AG
.
n
Feldschwächbereich
M
k
Kippmoment im
Feldschwächbereich
M
k-reduziert
Verschiebung der Kennlinie
durch Frequenzveränderung
f n
bzw.
n n
2
( )
f
n
•
= M
k
f
f
n
•
M = M
n
f
f n
bzw.
in etwa proportional zum Verhältnis f
n
k-reduziert
2
/f) .
n
/f. Die Leistung
n
verringert sich im Verhältnis zum