Antriebe Mit Konstantem Lastmoment - Siemens SINAMICS G130 Projektierungshandbuch

Antriebsdimensionierung
Projektierungshinweise
10.3

Antriebe mit konstantem Lastmoment

Typische Antriebe mit konstantem Lastmoment M
stantmomentantriebe benötigen in einem definierten Drehzahlstellbereich ein weitgehend konstantes Drehmoment.
Zusätzlich können zeitlich befristet Losbrechmomente oder Beschleunigungsmomente zu überwinden sein. Daher ist
in aller Regel eine Überlastfähigkeit des Umrichters erforderlich.
Drehzahlbereich kleiner Bemessungsdrehzahl (Grunddrehzahlbereich bzw. Konstantflussbereich)
Eigenbelüftete Motoren besitzen einen auf der Welle mitlaufenden Lüfter. Sie können daher im Dauerbetrieb ihr volles
Bemessungsdrehmoment nicht im gesamten Grunddrehzahlbereich n < n
nehmender Drehzahl immer mehr nachlässt. Deshalb ist bei eigenbelüfteten Motoren je nach geforderter Minimaldreh-
zahl bzw. je nach gefordertem Drehzahlstellbereich eine entsprechende Drehmoment- bzw. Leistungsreduzierung
vorzunehmen (rote Grenzkurven in dem oben dargestellten Diagramm).
Fremdbelüftete Motoren besitzen einen separat angetriebenen Lüfter. Die Kühlwirkung ist daher im gesamten Grund-
drehzahlbereich n < n weitgehend unabhängig von der Drehzahl. Dementsprechend ist hier je nach Minimaldrehzahl
n
bzw. Drehzahlstellbereich keine bzw. nur eine relativ geringe Drehmomentreduzierung erforderlich (blaue Grenzkurven
in dem oben dargestellten Diagramm).
Drehzahlbereich größer Bemessungsdrehzahl (Feldschwächbereich)
Beim Betrieb mit Frequenzen oberhalb der Bemessungsfrequenz werden die Motoren im Feldschwächbereich betrie-
ben. Hier verringert sich bei Asynchronmotoren das ausnutzbare Drehmoment M in etwa proportional zum Frequenz-
verhältnis f /f. Die Leistung bleibt dabei konstant, wie im Diagramm auf der nächsten Seite dargestellt.
n
Da sich bei Asynchronmotoren das Kippmoment M
verringert, wird mit zunehmender Frequenz der Abstand zwischen dem ausnutzbaren Drehmoment M und dem Kipp-
moment M immer geringer. Um ein Kippen des Motors sicher zu verhindern, sollte der Abstand des benötigten
k-reduziert
Drehmomentes M zum Kippmoment M
Weiterhin ist zu beachten, dass im Feldschwächbereich die mechanische Grenzdrehzahl n
schritten werden darf.
Auswahl eines geeigneten Umrichters oder Motor Modules für Antriebe mit konstantem Lastmoment
Die Zuordnung zwischen Umrichter bzw. Motor Module und Motor sollte bei Antrieben mit konstantem Lastmoment
zweckmäßigerweise so erfolgen, dass ausgehend vom dauernd zulässigen Drehmoment M eine Überlast von ca. 50 %
für ca. 60 sec möglich ist. Hierdurch ist in der Regel eine ausreichende Reserve für kurzzeitig erforderliche Losbrech-
und Beschleunigungsmomente gegeben.
Diese Bedingung ist erfüllt, wenn der Grundlaststrom I
tens so groß gewählt wird wie der Motorstrom I
geforderten Lastpunkt.
Im Grunddrehzahlbereich (Konstantflussbereich mit Bemessungsfluss) berechnet sich der Motorstrom I
schen Asynchronmotoren für einen beliebigen Lastpunkt in guter Näherung nach folgender Formel:
I
Mot
Hierin ist:
• I
Magnetisierungstrom (Leerlaufstrom) des Motors. Dieser berechnet sich aus dem Bemessungs-
μ
strom I
=
I

• M
Drehmoment des Motors im betrachteten Lastpunkt
• M
Bemessungsdrehmoment des Motors
n
• I
Bemessungswirkstrom des Motors. Dieser berechnet sich aus dem Bemessungsstrom I
Wirk-n
Motors und dem Magnetisierungstrom I
I
W irk
SINAMICS Projektierungshandbuch – Februar 2020
544/562
© Siemens AG
= const. sind z. B. Hebezeugantriebe oder Extruderantriebe. Kon-
L
k-reduziert
im äußersten Feldschwächpunkt mindestens 30 % betragen.
k-reduziert
Mot
2
 
M
   
= + 
2 2
I I
 −
W irk n
 
M
n
des Motors u. dem Bemessungsleistungsfaktor cosφ
Mot-n
−  .
I 1 cos
− −
Mot n Mot n
= −
2 2
I I
.

− −
n Mot n
aufbringen, weil die Kühlwirkung mit ab-
n
im Feldschwächbereich proportional zum Verhältnis (f
für hohe Überlast des Umrichters bzw. Motor Modules mindes-
H
bei dem dauernd zulässigen Drehmoment M im ungünstigsten
.
des Motors zu
μ
des Motors nicht über-
max
bei typi-
Mot
des Motors zu
Mot-n
Mot-n
2
/f)
n
des