Neue Betriebselektronik für BLDC-Motoren

Mit der neuen leistungsstarken Betriebselektronik Variotronic VTD-K4 bietet EBM-Papst die Möglichkeit, BLDC-Motoren mit einem eigenen externen Regler zu betreiben. Diese Betriebselektronik ist funktional identisch zu dem im Portfolio befindlichen integrierten Elektronikmodul K4. Dieses ist mit den Motoren der Baureihen ECI 63.xx-K4, einem BLDC-Innenläufermotor im Leistungsbereich von 150 bis 400 Watt, und VDC 49.15-K4, einem BLDC-Außenläufermotor im Leistungsbereich von 100 bis 150 Watt, bereits in vielen Anwendungen im Einsatz. Die deutliche Erhöhung der möglichen Motorabgabeleistung bis zu 1.000 Watt und 4.800 Watt Spitzenleistung lässt den Betrieb des neuen BLDC-Innenläufermotors ECI 80.xx, der bis zu 754 Watt Dauerleistung bietet, zu. Darüber hinaus können jetzt alle BLDC-Motoren des Herstellers, also Innen- und Außenläufermotoren in Schutzkleinspannung, betrieben werden.

Die Inbetriebnahme und Ansteuerung im Betrieb, zum Beispiel mittels einer SPS, ist identisch, egal ob der Regler im Motor integriert oder als externer Regler ausgeführt ist. Der 4Q-Regler erlaubt die Positionsregelung; alternativ ist auch eine Drehzahl- oder Drehmomentregelung möglich. Vier digitale Eingänge ermöglichen das Ansteuern des Reglers. Hervorzuheben ist, dass zwei der digitalen Eingänge parametrierbar sind. Über einen zusätzlichen analogen Eingang kann ein 0-bis-10-Volt-Sollwertsignal vorgegeben werden. Zur weiteren Ausstattung gehören drei digitale Ausgänge. Über diese können beispielsweise Drehzahl-Istwerte oder Fehlermeldungen digital ausgegeben werden und 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 ermöglichen einen einfachen, störungsfreien Betrieb. Der 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 Encoder-Signalen des Motors in eine von der übergeordneten Steuerung einlesbare Form. Ein integrierter Ballastcontroller schützt den Antrieb im generatorischen Betrieb vor Beschädigungen und verhindert das Rückspeisen. Die Ballastschaltung ist im Regler ausgeführt, der notwendige Ballastwiderstand ist am Regler extern anzuschließen. Ein digitaler Eingang kann zur Drehzahlvorgabe als PWM-Eingang (Pulsweitenmodulation) verwendet werden. Der Regler bietet mehrere Kommutierungsarten. Motoren lassen sich block- oder sinusförmig betreiben. Mit der feldorientierten Regelung wird das Antriebssystem maximal energieeffizient. In die einzelnen Motorphasen wird zu jedem Zeitpunkt der ideale Strom eingeprägt, dieser wird vollständig zur Drehmomentbildung verwendet.

Im System wird ein optimaler Wirkungsgrad sichergestellt, die Blindleistung wird auf ein Minimum reduziert. Die Rotorlageerkennung kann im einfachen Fall über drei im Motor integrierte digitale Hall-Sensoren erfolgen. Applikationen mit höheren Anforderungen an Positioniergenauigkeit können durch das Bereitstellen einer größeren Anzahl an Rotorlageinformationen bedient werden. Diese 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 Service-Schnittstelle im eingebauten Zustand, somit ist im Updatefall eine aufwendige Demontage des Reglers nicht notwendig. Die Verwendung der aktuellsten Firmware kann bei Bedarf gewährleistet werden. Die PC-Software Kickstart unterstützt die Einbindung in verschiedene Netzwerke und eine einfache Inbetriebnahme. Das Softwaretool ermöglicht einerseits die Einstellung der relevanten Motorparameter, anderseits können kundenspezifische Parametrierungen, zum Beispiel komplette Fahrprofile, vorgenommen werden.

Der neue Antriebsregler ist eine kompakte und leistungsstarke Lösung für verschiedenste mobile Anwendungen wie fahrerlose Transportsysteme, Rollstühle oder Shuttles im Lager. Batteriebetriebene fahrerlose Transportsysteme (FTS) und mobile Anwendungen erfordern effiziente Antriebsysteme mit hohem Wirkungsgrad und maximaler Leistungsdichte auf kompaktem Bauraum. Werden hohe Lastunterschiede mit unterschiedlichen Drehzahlen dynamisch bewegt, stellt dies eine anspruchsvolle Aufgabe an ein Antriebssystem insbesondere für den Antriebsregler dar. Mit Nennspannungen von 24 und 48 Volt DC sind bei einem Dauerstrom von bis zu 40 Ampere Aufnahmeleistungen bis 1.000 Watt möglich. Hierbei können Spitzenströme von 100 Ampere bis zu fünf Sekunden zur Verfügung gestellt werden, um die hohen Lastunterschiede zu meistern, welche wiederholt beim Beschleunigungsvorgang eines FTS benötigt werden. Damit hebt sich dieser Antriebsregler deutlich von marktüblichen Reglern ab.

Ein weiterer wichtiger Aspekt für batteriebetriebene fahrerlose Transportfahrzeuge ist die geringe Ruhestromaufnahme des Antriebsreglers. Dies ist die Grundvoraussetzung für einen energiesparenden Standbybetrieb zwischen den Fahrten und den Ladezyklen. Die kompakte und robuste Bauweise der Regelelektronik ermöglicht eine platzsparende Montage in unmittelbarer Nähe des Antriebes. Die Regler sind in den Spannungsvarianten 24 und 48 Volt DC verfügbar. Diese Betriebselektronik hat der Hersteller lange auf Herz und Nieren getestet, sodass die Kunden das Produkt zwar für ihre Applikation parametrieren und qualifizieren müssen, danach lässt sich das Produkt bedenkenlos in Serienprodukten einsetzen. Damit ermöglicht EBM-Papst seinen Kunden, deren Entwicklungs- und Erprobungszeit zu minimieren. aru