Skript

Eine Einführung in drehzahlveränderliche elektrische Antriebe zu geben, die als mechatronisches System aus Aktoren, Sensoren, einer Steuerungselektronik und leistungselektronischen Stellgliedern aufgebaut sind.

Aktoren, Sensoren, Steuerungselektronik und leistungselektronische Stellglieder.

Stationäre Lasten, dynamische Lasten und stabile/labile Betriebspunkte.

Gleichstrommaschinen, Synchronmaschinen (permanentmagneterregt) und Induktionsmaschinen (Asynchronmaschinen).

Sensoren gewinnen Informationen über den Zustand des mechanischen Prozesses und wandeln physikalische Größen in elektrische Signale um.

Subsysteme, die Kräfte oder Bewegungen im mechanischen Prozess zur Wirkung bringen, basierend auf dem Ergebnis der Informationsverarbeitung.

Elektrische Energie, hydraulische und pneumatische Energie, sowie Energie aus Verbrennungsmotoren und Turbinen.

Wegen der hohen Leistungsdichte.

In der Mikrotechnologie, da sie bei gewöhnlichen Abmessungen weitaus schwächer als elektromagnetische Kräfte sind und erst bei Abständen weit unter 1mm interessant werden.

Große Kräfte und kleine Stellwege, z.B. zur Feinpositionierung im Mikrometerbereich.

Die angetriebenen Lasten und ihre Eigenschaften sowie die mechanischen Komponenten des Antriebssystems.

Halbleiterbauelemente, analoge Leistungsverstärker, schaltende Leistungsverstärker (Chopper) und netzgeführte Stromrichter.

Drehzahl und Lage.

Anforderungen an das dynamische Verhalten und die Regelung eines Antriebs mit Gleichstrommaschine.

Permanentmagneterregte Synchronmaschinen.

Die Betriebsgrenzen sind durch die maximal zulässige Spannung und den maximal zulässigen Strom bestimmt.

Sie unterscheiden sich in der Art der elektronischen Stellglieder und der Art der Regelung.

Hohe Effizienz, geringes Gewicht und kompakte Bauweise.

Einmassenmodell und Mehrmassensysteme.

Ersatzschaltbild und Stromortskurve.

Kurzzeitbetrieb, Aussetzbetrieb, Dauerbetrieb und andere spezifizierte Betriebsarten.

Schutzarten wie IP (Ingress Protection) zur Kennzeichnung des Schutzes gegen Fremdkörper und Wasser.

Betrieb mit variabler Frequenz bei konstanter Spannungs-Frequenz-Verhältnis.

Stationäre Lasten haben konstante Arbeitsbedingungen, während dynamische Lasten sich ändern können und zeitabhängig sind.

Leistungsschilder geben wichtige technische Daten und Spezifikationen der Maschine an.

Elektrische Maschine, leistungselektronische Stellglieder, Steuerungselektronik und mechanische Antriebskomponenten.

Die Regelung sorgt für die gewünschte Drehzahl und Positionierung des Antriebs.

Analoge und schaltende Leistungsverstärker.

Ein Stromrichter, der seine Steuerung aus dem Netz bezieht und zur Regelung von Gleichstromantrieben verwendet wird.

Hohe Effizienz und präzise Regelbarkeit der Ausgangsleistung.

Messwandler messen elektrische und mechanische Größen und wandeln sie in verarbeitbare Signale um.

Drehzahlmessung kann mittels optischer, induktiver oder Hall-Effekt-Sensoren erfolgen.

Feldschwächung ist die Reduktion des Magnetfeldes zur Erhöhung der Drehzahl über die Nenndrehzahl hinaus.

Reluktanzmomente entstehen durch die Anisotropie der Maschine und tragen zum Gesamtdrehmoment bei.

Energieeinsparung, verbesserte Prozesssteuerung und erhöhte Lebensdauer der Maschine.

Permanentmagneterregte Synchronmaschinen (PMSM).

Durch Differentialgleichungen und Regelkreismodelle.

Die Betriebsgrenzen sind erweitert, sodass höhere Drehzahlen erreicht werden können.

Verschiedene Bauformen wie B3 (Fußmontage) oder B5 (Flanschmontage).

Um die Erwärmung und Kühlung der Maschine zu analysieren und sicherzustellen, dass thermische Grenzen nicht überschritten werden.

Schutzklassen wie Klasse I (geerdet), Klasse II (doppelt isoliert) und Klasse III (Schutzkleinspannung).

Normen wie IEC, DIN und VDE für die Standardisierung und Sicherheit.

Die Umformung und Regelung elektrischer Energie in Antriebssystemen.

Einfacher Aufbau und direkte Anbindung an das Versorgungsnetz.

Zur Verstärkung des Steuerstroms für die Regelung des Antriebs.

Synchronmaschinen und Asynchronmaschinen (Induktionsmaschinen).

Es hilft bei der Bestimmung der maximal zulässigen Betriebstemperaturen und der erforderlichen Kühlung.

Sie übertragen die Kraft und Bewegung von der elektrischen Maschine auf die angetriebene Last.

Spannungsgleichungen und Drehmomentkennlinien.

Sicherstellung der gewünschten Drehzahl und des Drehmoments unter variablen Lastbedingungen.

Um sicherzustellen, dass die Maschine vor Staub, Wasser und anderen Umweltbedingungen geschützt ist.

Kurzzeitbetrieb, Aussetzbetrieb und Dauerbetrieb.

Hohe Präzision, schnelle Reaktionszeit und Robustheit gegenüber Störungen.

Zur Überwachung und Regelung der Betriebsspannung der Maschine.

Ermöglicht eine unabhängige Steuerung von Drehmoment und Magnetfluss, was zu besseren Regelungseigenschaften führt.