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Innovative, leistungsstarke Betriebselektronik für BLDC-Motoren: Ausgabe 02/2018, 10.10.2018

Ganz «easy» Power to Drive

ebm-papst bietet mit der neuen Betriebselektronik VARIOTRONIC VTD-K4 die Möglichkeit, BLDC-Motoren mit einem eigenen externen Regler zu betreiben. Diese Betriebselektronik ist funktional identisch zu dem im Portfolio von ebm-papst befindlichen integrierten Elektronikmodul K4.

Bilder: ebm-pabst

Dieses Modul ist mit den Motoren der Baureihe ECI 63.xx-K4 (BLDC-Innenläufermotor im Leistungsbereich von 150 bis 400 W) und VDC 49.15-K4 (BLDC-Aussenläufermotor im Leistungsbereich von 100 bis 150 W) bereits in vielen Applikationen erfolgreich im Einsatz.

Schnelle und zuverlässige Inbetriebnahme
Die deutliche Erhöhung der möglichen Motorabgabeleistung bis zu 1000 und 4800 W Spitzenleistung lässt den Betrieb des neuen BLDC-Innenläufermotors ECI 80.xx (bis zu 754 W Dauerleistung) zu. Darüber hinaus können jetzt alle BLDC-Motoren von ebmpapst (Innen- und Aussenläufermotoren) in Schutzkleinspannung betrieben werden. Inbetriebnahme und Ansteuerung im Betrieb, z.B. mittels einer SPS, ist identisch, egal ob der Regler im Motor integriert oder als externer Regler ausgeführt ist.
Der 4Q-Regler erlaubt Positionsregelung; alternativ ist auch eine Drehzahl- oder Drehmomentregelung möglich. Vier digitale Eingänge erlauben das Ansteuern des Reglers. Hervorzuheben ist, dass zwei der digitalen Eingänge parametrierbar sind. Über einen zusätzlichen analogen Eingang kann ein 0- bis 10-V-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.

Integrierte Funktionen erlauben 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 erlaubt 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 können block- oder sinusförmig betrieben werden. 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.

Im Updatefall ist eine aufwendige Demontage des Reglers nicht nötig
Die Rotorlageerkennung kann im einfachen Fall über drei im Motor integrierte digitale HALL-Sensoren erfolgen. Applikationen mit höheren Anforderungen an Positioniergenauigkeit können durch die Bereitstellung 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 gestatten ein nachträgliches Firmware-Update über die Service-Schnittstelle im eingebauten Zustand, somit ist im Updatefall eine aufwändige Demontage des Reglers nicht notwendig. Stillstandzeiten der Maschine werden dadurch auf ein Minimum reduziert. Die Verwendung der aktuellsten Firmware kann bei Bedarf gewährt werden.

Inbetriebnahme kinderleicht Die Einbindung in verschiedene Netzwerke und eine einfache Inbetriebnahme wird mit der PC-Software Kickstart unterstützt. Das Softwaretool erlaubt einerseits die Einstellung der relevanten Motorparameter, anderseits können kundenspezifische Parametrierungen (z.B. komplette Fahrprofile) vorgenommen werden. Auf Wunsch können diese vor Auslieferung fest einprogrammiert werden.

Antriebsregler für die verschiedensten Anwendungen
Der neue Antriebsregler VARIOTRONIC VTDK4 ist eine kompakte und leistungsstarke Lösung für verschiedenste mobile Anwendungen wie zum Beispiel fahrerlose Transportsysteme, Rollstühle oder Shuttle 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 V/DC sind bei einem Dauerstrom von bis zu 40 A Aufnahmeleistungen bis 1000 W möglich.
Hierbei können Spitzenströme von 100 A bis zu 5 s zur Verfügung gestellt werden, um die hohen Lastunterschiede zu meistern, die man wiederholt beim Beschleunigungsvorgang eines FTS benötigt. Damit hebt sich dieser Antriebsregler deutlich von marktüblichen Reglern ab. Ähnliche gelagerte Anforderungen bei Shuttle-Anwendungen lassen sich ebenfalls vom Antriebsregler bewältigen. 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.

Einfache Montage sowie kompakte Bauweise
Die kompakte und robuste Bauweise der Regelelektronik ermöglicht eine platzsparende Montage in unmittelbarer Nähe des Antriebs im oft begrenzten Bauraum. Die Regler sind in den Spannungsvarianten 24 und 48 V/DC verfügbar. Diese Betriebselektronik wurde bei ebm-papst über lange Zeit auf Herz und Nieren getestet, so =dass die Kunden das Produkt zwar für ihre Applikation parametrieren und qualifizieren müssen; danach kann das Produkt bedenkenlos in Serienprodukten eingesetzt werden; damit erlaubt es ebm-papst seinen Kunden, deren Entwicklungs- und Erprobungszeit zu minimieren.

Infoservice
ebm-papst AG
Rütisbergstrasse 1, 8156 Oberhasli
Tel. 044 732 20 73, Fax 044 732 20 77
pierre.matje@ebmpapst.ch, www.ebmpapst.ch



Die Familie der BLDC-Motoreinheiten mit Planeten-, Winkel- und Stirnradgetriebe


Der Antriebsregler ist eine kompakte Lösung für mobile Anwendungen wie beispielsweise FTS, fahrerlose Transportsysteme


Blick in einen ECI-Motor mit Getriebe


Die leistungsstarke Betriebselektronik VARIOTRONIC VTD-K4