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Bürklin GmbH & Co. KG

FAULHABER Antriebssysteme

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Lange Motorkabel: Fallstricke und Schutzmaßnahmen

Im Folgevortrag verdeutlichte Michael Gadermann, Applikationsingenieur bei Infineon, den „Einfluss des Motorkabels auf die Auslegung der Leistungselektronik“. Auf Grundlage von intensiven Labormessungen mit verschiedenen Motorkabellängen zeigte Gadermann die Einflüsse auf den Motor und die Leistungselektronik.

Eine große Herausforderung für Hersteller von Antriebsumrichtern ist die unbekannte Länge des Motorkabels, das sowohl den Motor als auch die leistungselektronischen Bauteile beeinflusst. Der Motor wird, je nach Konfiguration des Kabels und der Leistungselektronik, hohen Spannungsflanken ausgesetzt. Diese können dazu führen, dass die Isolierung und die Motorlager eine frühzeitige Alterung erfahren. Eine Reduktion der Schaltgeschwindigkeiten ist deshalb in der Regel notwendig.

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Darüber hinaus beeinflussen die parasitären Komponenten des Motorkabels die Schaltverluste der leistungselektronischen Schalter. Besonders bei kleinen Leistungen und großen Kabellängen fällt dieser Effekt ins Gewicht und muss bei der Auslegung von Komponenten berücksichtigt werden. Der Vortrag zeigte Messergebnisse an Silizium- und Siliziumkarbid-Leistungsmodulen kleiner Stromklasse, an denen die Schaltverlustveränderungen und die sich ergebenden Oszillationen aufgrund des angeschlossenen Kabels genauer untersucht wurden.

Lernziel: Den Weitblick für die generierten Zusatzverlusten in der Leistungselektronik durch lange Motorkabel schärfen, Erkenntnisse zu Oszillationseffekten aus praktischen Laboruntersuchungen gewinnen und Hinweise zur Auslegung der Leistungselektronik mit langen Motorkabeln vertiefen.

High-Power-PCB: hohe Ströme und hohe Spannungen

Was ist zu berücksichtigen, wenn hohe Ströme im mittleren zweistelligen Ampere-Bereich und Spannungen im mittleren dreistelligen Volt-Bereich auf einer Leiterplatte auftreten? Antwort auf diese Frage gab Michael Schleicher, PCB-Designer bei SEMIKRON. Er verdeutlichte das Problem am Beispiel einer Anwendung aus dem Nutzfahrzeugbereich mit Generator, Zwischenkreis und Inverter. Seine Erfahrungen hinsichtlich Auswahl von Stack-up, Kupferquerschnitt und Low Power Drop, Umsetzung der Anforderung an Kriechstrecken, Simulationen, Messungen und den abgeleiteten Design-Regeln für ein Layouttool gaben Entwicklern einen Überblick über die Herausforderungen und Lösungen für Baugruppen mit hohen Strömen und Spannungen.

Lernziel: Neben Grundlagen für Aufbau- und Verbindungstechnik am Beispiel des gezeigten Systems stand die Umsetzung einer Ein-Platinen-Lösung mit Laststromkreisen, Leistungselektronik, Strommessung und Mikrocontroller ebenso im Fokus wie die Darstellung der Zusammenhänge zwischen "großen" Kupferquerschnitten im PCB-Stackup und den Anforderungen an die Isolation.

Robotik-Design: Erhöhung der Drehmomentdichte

Die Robotik ist derzeit einer der wachstumsstarken Märkte und verlangt hochintegrierte Antriebssysteme. Das bedeutet kleine, leichte Servomotoren. Aus dieser Anforderung entsteht typischerweise das Spannungsfeld zwischen Verlustleistung und Motorgewicht. Andreas Hofmann, Entwickler bei TQ Systems, beleuchtete das Thema „Design-Aspekte zur Steigerung der Drehmomentdichte permanenterregter Servomotoren“. Er zeigte, wie sich durch geschicktes Motor-Design der Kompromiss aus Verlusten und Gewicht optimieren und dadurch die bis dato geltenden Grenzen der Drehmomentdichte bei 48-V-Motoren verschieben lässt. Die Kombination hoher Polpaarzahlen und dennoch maximalem Kupferfüllfaktor führt zu verlustminimierter Drehmomentbildung und somit zu kleinen, leichten Servos.

An einem Praxisbeispiel wurde einerseits aufgezeigt welche Anforderungen entsprechende Motor-Designs an Servo-Controller stellen, andererseits verdeutlichte Hofmann welche praktischen Vorteile die gesteigerte Drehmomentdichte für Konstrukteure im Umfeld der elektrischen Antriebstechnik mit sich bringt. Lernziel: Grundlagen und Randbedingungen der Drehmomentbildung, optimales Motor-Design hinsichtlich Drehmomentdichte.

Das Praxisforum 2019 findet in Würzburg vom 25. bis 27. März 2019 statt.

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