Was sind elektrische Antriebssysteme

Definition

Ein elektrisches Antriebssystem wird definiert als ein Mechanismus, der darauf ausgelegt ist, die Drehzahl, das Drehmoment und die Richtung eines Elektromotors zu regulieren. Während jedes elektrische Antriebssystem einzigartige Merkmale aufweisen kann, teilen sie auch mehrere gemeinsame Eigenschaften.

Elektrische Antriebssysteme

Die folgende Abbildung zeigt die typische Konfiguration eines pflanzenbezogenen Stromverteilungsnetzes. In dieser Anordnung bezieht das elektrische Antriebssystem seine zugeführte Wechselstromversorgung (AC) von einem Motor Control Center (MCC). Das MCC fungiert als zentrales Steuerzentrum, das die Stromversorgung für mehrere Antriebe in einem bestimmten Bereich überwacht.

In großen Fertigungsanlagen sind oft zahlreiche MCCs in Betrieb. Diese MCCs erhalten ihrerseits ihre Energie vom Hauptverteilzentrum, bekannt als Power Control Centre (PCC). Beide, das MCC und das PCC, verwenden häufig Luftkreisschalter als primäre Spannungs-Schaltkomponenten. Diese Schaltelemente sind so konstruiert, dass sie elektrische Lasten mit Nennwerten von bis zu 800 Volt und 6400 Ampere bewältigen können, was eine zuverlässige und effiziente Energiesteuerung innerhalb des elektrischen Antriebssystems und der gesamten Anlagensicherheit gewährleistet.

Der GTO-Wechselrichter-gesteuerte Induktionsmotorantrieb ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

Hauptbestandteile von elektrischen Antriebssystemen

Die folgenden sind die wesentlichen Komponenten dieser Antriebssysteme:

• Eingangsschalter für Wechselstrom

• Stromumrichter- und Wechselrichterbaugruppe

• Ausgangsschaltgeräte für Gleich- und Wechselstrom

• Steuerlogik

• Motor und die zugehörige Last

Die Hauptbestandteile des elektrischen Energiesystems werden im Folgenden detailliert erläutert.

Eingangsschaltgerät für Wechselstrom

Das Eingangsschaltgerät für Wechselstrom besteht aus einer Schalter-Fuse-Einheit und einem AC-Stromkontaktor. Diese Komponenten haben in der Regel Spannungs- und Stromwerte von bis zu 660V und 800A. Statt eines normalen Kontaktors wird oft ein barmontierter Kontaktor verwendet, und ein Luftkreisschalter dient als Eingangsschalter. Die Verwendung eines barmontierten Kontaktors erweitert die Leistungsfähigkeit bis zu 1000V und 1200A.

Dieses Schaltgerät ist mit einem Hochrupturvermögen (HRC)-Fuse ausgestattet, das für bis zu 660V und 800A ausgelegt ist. Darüber hinaus enthält es einen thermischen Überlastschutzmechanismus, um das System vor Überlastung zu schützen. In manchen Fällen kann der Kontaktor des Schaltgeräts durch einen formgegossenen Kastenschalter ersetzt werden, um die Leistung und den Schutz zu verbessern.

Stromumrichter/Wechselrichter-Baugruppe

Diese Baugruppe gliedert sich in zwei Hauptblöcke: Leistungselektronik und Steuerungselektronik. Der Leistungselektronikblock besteht aus Halbleiterbauelementen, Kühlkörpern, Halbleiterfusen, Überspannungsbegrenzern und Kühlventilatoren. Diese Komponenten arbeiten zusammen, um die Aufgaben der Hochleistungsumwandlung zu bewältigen.

Der Steuerungselektronikblock umfasst eine Auslösesteuerung, ihre eigene geregelte Spannungsversorgung und eine Antriebs- und Isolierungsschaltung. Die Antriebs- und Isolierungsschaltung ist verantwortlich für die Steuerung und Regulierung des Energiestroms zum Motor.

Wenn der Antrieb in einer geschlossenen Schleifenkonfiguration betrieben wird, enthält er einen Regler sowie Rückkopplungsschleifen für Strom und Drehzahl. Das Steuerungssystem verfügt über eine Dreikanal-Isolation, die sicherstellt, dass die Spannungsversorgung, Eingänge und Ausgänge mit angemessenen Isolationswerten isoliert sind, um Sicherheit und Zuverlässigkeit zu erhöhen.

Leitungsspannungsdämpfer

Leitungsspannungsdämpfer spielen eine entscheidende Rolle beim Schutz des Halbleiterumrichters vor Spannungsspitzen. Diese Spitzen können in der Stromleitung auftreten, wenn an der gleichen Leitung angeschlossene Lasten eingeschaltet oder ausgeschaltet werden. Der Leitungsspannungsdämpfer unterdrückt diese Spannungsspitzen in Kombination mit Induktivität wirksam.

Wenn der eingehende Kreisschalter arbeitet und den Stromversorgung unterbricht, absorbiert der Leitungsspannungsdämpfer einen bestimmten Teil der eingesperrten Energie. Wenn jedoch der Leistungsmodulator kein Halbleiterelement ist, kann ein Leitungsspannungsdämpfer nicht notwendig sein.

Steuerlogik

Steuerlogik wird verwendet, um verschiedene Vorgänge des Antriebssystems unter normalen, fehlerhaften und Notfallbedingungen zu verketten und zu sequenzieren. Die Verkettung ist so gestaltet, dass ungewöhnliche und unsichere Vorgänge verhindert werden, um die Integrität des Systems zu gewährleisten. Sequenzierung sorgt dafür, dass Antriebsvorgänge wie Starten, Bremsen, Umkehren und Joggen in einer vorgegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Für komplexe Verkettungs- und Sequenzierungsaufgaben wird oft ein programmierbarer Logikcontroller (PLC) eingesetzt, um flexible und zuverlässige Steuerung zu bieten.