Praxisforum Elektrische Antriebstechnik 2015 Effizienter, leiser, sensorlos - TU Wien verbessert Elektromotoren

Sensorlose Antriebstechnik hat für viele Anwendungen ganz entscheidende Vorteile. Über Erfahrungen aus der Praxis und neueste Erkenntnisse berichtet Prof. Manfred Schrödl von der TU Wien auf dem Praxisforum Elektrische Antriebstechnik 2015 in Würzburg.

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Technische Universität Wien Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe

Normalerweise messen Sensoren die Position des Magneten, geben die Daten an die Steuerungselektronik weiter, die dann die Elektromagnete kontrolliert. „Solche Sensoren bringen aber immer wieder dieselben Probleme mit sich“, erklärt Professor Manfred Schrödl, „die Sensortechnik verursacht Kosten, benötigt Platz und ist immer besonders ausfallkritisch.“ Dünne Drähte und feine Lötstellen bei den Sensoren gehen leicht kaputt und sind für viele Motorenausfälle verantwortlich.

Das Synchronmaschinen-System, das an der TU Wien entwickelt wurde, geht einen ganz anderen Weg: „Wir verwenden die Kabel, die der Motor ohnehin schon nutzt“, konstatiert Prof. Schrödl, „die Stromzufuhr zum Elektromagneten. Kurze elektrische Testimpulse werden durch die Leitungen geschickt und aus der elektrischen Reaktion die aktuelle Stellung des Rotors abgeleitet. Die elektrischen Pulse, die dafür nötig sind, dauern nur einige Millionstelsekunden. Eine klug angelegte Elektronik stellt sich auf die Drehzahl des Motors ein und steuert die Elektromagnete. Bei niedriger Drehzahl, beim Hochfahren des Motors, muss die genaue Position sehr oft gemessen werden. Läuft der Motor auf vollen Touren, ist es einfacher, genug Information über die Bewegung zu erhalten.“

Die neue Technik wird nun bereits mit großem Erfolg in verschiedenen Industrie- und Medizinapplikationen eingesetzt. Laufend werden weitere Anwendungsgebiete für die sensorlose Antriebstechnik erschlossen, wobei die TU Wien im Entwicklungsprozess gerne die Anwender unterstützt. Nach wie vor wird die Technologie an der TU Wien weiterentwickelt. So gelang es nun, die Motoren deutlich leiser zu machen.

Sendet man nämlich elektrische Pulse in den Motor, kann das zu hörbaren Schwingungen führen. Nun wurden diese Pulse allerdings so angepasst, dass die Schwingungen nur noch in einem unhörbaren Frequenzbereich auftreten. „Gerade für geräuschsensible Anwendungen, etwa bei Lüftungen oder bei Elektroautos, bringt unsere Neuentwicklung große Vorteile“, meint Prof. Schrödl.

Mit dem Thema "Sensorlos geregelte PM-Synchron- und Reluktanzmaschinen bis Stillstand – Erfahrungen aus der Praxis und neueste Erkenntnisse" wird Prof. Manfred Schrödl auf dem Praxisforum Elektrische Antriebstechnik (24.-26. März 2015 im VCC Würzburg) in seiner Keynote am 25. März u.a. über das INFORM-Verfahren berichten. Prof. Schrödl beschäftigt sich schon seit den späten 80er-Jahren mit sensorlosen Regelverfahren und hat unter anderem das INFORM-Verfahren entwickelt, das den Betrieb der Maschinen bis Stillstand ermöglicht.

Diverse Anwendungen aus der Industrie zeigen Möglichkeiten und Grenzen der sensorlosen Antriebstechnik auf, die ein sehr breites Spektrum abdecken – vom Dentalantrieb mit 20 mNm und 40.000 U/min bis zum Bahn-Traktionsantrieb mit 4000 Nm und 1000 U/min reicht die Palette der umgesetzten Lösungen. Neue Anforderungen, wie etwa völlige Geräuschfreiheit des Antriebs, erfordern innovative Erweiterungen der Konzepte. Anhand von geräuschsensiblen Antriebsaufgaben wird gezeigt, dass Antriebe praktisch lautlos bei stationär und dynamisch hochwertigem Betrieb im gesamten Bereich dargestellt werden können.

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