Antriebe Mit Permanenterregten Drehstrom-Synchronmotoren - Siemens SINAMICS G130 Projektierungshandbuch

Antriebsdimensionierung
Projektierungshinweise
Zusätzlich ist zu berücksichtigen, dass die Streuinduktivität des Motors immer kleiner und damit die modulationsbe-
dingten Stromoberschwingungen im Motorstrom immer größer werden, je größer der Bemessungsstrom des Motors
im Vergleich zum Bemessungsstrom des Umrichters wird. Dies kann zu Überstromabschaltungen des Umrichters füh-
ren oder – wenn durch den hohen Oberschwingungsanteil der Gesamteffektivwert des Motorstromes zu sehr ansteigt
– zu einer Reduktion / Begrenzung des Motorstromes durch die internen Schutzmechanismen im Umrichter
(Überlastreaktion ausgelöst durch die I
Aufgrund der oben erläuterten Zusammenhänge sollte der Bemessungsstrom des Motors möglichst nicht größer sein
als der maximale Ausgangsstrom I
I
max
Im Einzelfall, wenn der Motor z. B. für Testzwecke nur im Leerlauf betrieben werden soll, darf der Bemessungsstrom
des Motors auch größer sein. Überschreitet der Bemessungsstrom des Motors jedoch den zweifachen maximalen
Ausgangsstrom des Umrichters (2 x I
steigenden modulationsbedingten Stromoberschwingungen im Motorstrom automatisch reduziert.
Motorbemessungsstrom deutlich kleiner als der Bemessungsstrom des Umrichters bzw. Motor Modules
Bei typischen Anwendungen mit Vektorregelung mit und ohne Drehzahlgeber sollte der Motorbemessungsstrom
mindestens 25 % des Bemessungsstromes des Umrichters bzw. Motor Modules betragen. Je größer der Unterschied
zwischen den Bemessungsströmen von Motor und Umrichter wird, desto ungenauer wird die Stromistwerterfassung
und damit die Güte der Vektorregelung. Für regelungstechnisch sehr anspruchsvolle Anwendungen mit Drehzahlgeber,
die eine hohe Genauigkeit der Vektorregelung erfordern, wird empfohlen, den Motorbemessungsstrom so zu wählen,
dass er mindestens 50 % des Bemessungsstromes des Umrichters bzw. Motor Modules beträgt.
In der Regelungsart U/f-Steuerung sind vom Prinzip her keine Einschränkungen vorhanden, d. h. es können Motoren
mit beliebig kleinen Bemessungsströmen am Umrichter betrieben werden. Im Falle von Motoren sehr kleiner Leistung
an einem sehr leistungsstarken Umrichter ist jedoch zu beachten, dass eine automatische Motoridentifikation wegen
der kleinen Ströme nicht mehr möglich ist. Ebenso ist wegen der kleinen Ströme ein Überlastschutz des Motors durch
eine auf den Motor angepasste, im Umrichter parametrierte Überstromgrenze nicht mehr realisierbar.
Typische Anwendungen mit U/f-Steuerung und Motoren kleiner Leistung an leistungsstarken Umrichtern sind z. B.
Rollgangsantriebe, bei denen bis zu 100 kleine Motoren von einem einzigen Umrichter gespeist werden können. In
diesem Falle sind die Motoren am Umrichterausgang einzeln durch Leistungsschalter abzusichern, da ein Über-
lastschutz durch den Umrichter, wie oben beschrieben, nicht möglich ist. Wegen des umrichterbedingten Ober-
schwingungsgehaltes im Motorstrom sollten motorseitige Leistungsschalter mit thermischen Überlastauslösern so
ausgewählt werden, dass sich der Motorbemessungsstrom im unteren bis mittleren Bereich der Einstellskala des
thermischen Überlastauslösers befindet. Hierdurch werden Korrekturen bzw. Anpassungen an die Anlagenverhältnisse
während der Inbetriebnahme des Antriebs ermöglicht. Die Einstellreserve sollte umso größer sein, je kleiner die
Motorleistung und je größer die Motorleitungslänge ist.
10.5

Antriebe mit permanenterregten Drehstrom-Synchronmotoren

Mit SINAMICS-Umrichtern können neben Drehstrom-Asynchronmotoren auch permanenterregte Drehstrom-Syn-
chronmotoren betrieben werden. Diese stehen mit den Motoren SIMOTICS HT Serie HT-direct 1FW4 als hochpolige
High-Torquemotoren zur Verfügung. Sie sind für den Betrieb mit SINAMICS-Umrichtern als langsam laufende Direkt-
antriebe konzipiert und können vorteilhaft herkömmliche Motor-Getriebe-Kombinationen ersetzen. Neben den Motoren
SIMOTICS HT Serie HT-direct 1FW4 können aber auch permanenterregte Synchronmotoren anderer Hersteller an
SINAMICS-Umrichtern betrieben werden.
Regelung der permanenterregten Synchronmotoren
Die SINAMICS-Umrichter G130 und G150 sowie S120 und S150 besitzen in ihrer Standard-Firmware eine Regelung
für permanenterregte Synchronmotoren:
•
SINAMICS G130 und G150 sind für geberlose Vektorregelung in Kombination mit permanenterregten
Synchronmotoren von Siemens vorgesehen. Mit diesen Umrichtern ist eine Rückspeisung generatorischer
Energie ins Netz nicht möglich. Daher sind diese Antriebe nur für Standardanwendungen mit geringen
Anforderungen in Bezug auf Dynamik und Genauigkeit geeignet. Das Aufschalten auf eine drehende Maschine
(Fangen) ist nur mit dem Voltage Sensing Module VSM im Umrichter möglich, das anstelle eines Gebermoduls
eingesetzt wird. Permanenterregte Synchronmotoren anderer Hersteller sollten stets mit Drehzahl-Geber und
damit an SINAMICS S120 und S150 betrieben werden.
•
SINAMICS S120 und S150 sind sowohl für geberlose Vektorregelung als auch für Vektorregelung mit Drehzahl-
Geber vorgesehen. Zusätzlich steht bei SINAMICS S120 die Servoregelung zur Verfügung. Mit diesen
Umrichtern ist eine Rückspeisung generatorischer Energie ins Netz möglich. Somit sind diese Antriebe für
anspruchsvolle Anwendungen bis hin zu höchsten Anforderungen in Bezug auf Dynamik und Genauigkeit ge-
eignet. Geberlose Vektorregelung ist für einfache Standardanwendungen möglich. Vektorregelung mit Drehzahl-
Geber ist immer dann erforderlich, wenn hohe Dynamik und Genauigkeit gefordert wird. Die höchste Dynamik
erreicht man mit der Servoregelung.
SINAMICS Projektierungshandbuch – Februar 2020
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© Siemens AG
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t-Überwachung oder das Thermische Überwachungsmodell).
des Umrichters bzw. Motor Modules, wobei die folgende Beziehung gilt:
max
≈ 1,45 x Bemessungs-Ausgangsstrom I
= 1,5 x Grundlaststrom I
L
≈ 2,9 x I
), so wird der Maximalstrom des Umrichters wegen der stark an-
max n
.
n