Antriebssystem für höchste Geschwindigkeiten - Bergische ...

3. Feldorientierte Regelung der Synchronmaschine 27
• Für den Bohrbetrieb ist nur eine Drehrichtung zugelassen. Eine
Umkehr der Drehrichtung ist zu keinem Zeitpunkt im Produktionsprozess
erforderlich.
Für die vorliegende Arbeit stand eine entsprechende Maschine zur Verfügung.
Die Nenndrehzahl war mit 300.000 Umin -1 angegeben, eine Maschine
für 600.000 Umin -1 befindet sich derzeit im Entwurfsstadium. Bei
der Maschine handelt es sich elektrisch und mechanisch um eine sehr
spezielle Konstruktion. Folgende Eigenschaften können in den Entwurf
einer Antriebslösung eingehen:
• Die induzierte Spannung der Maschine ist kleiner als 80 V. Die Elektronik
des Frequenzumrichters kann mit Niederspannungsbauelementen
aufgebaut werden. Galvanische Trennstellen können mit
Signalkopplern hoher Bandbreite auf digitaler Ebene realisiert werden.
Die Klemmenspannung der Maschine kann daher direkt erfasst
werden.
• Die Rotormasse ist sehr klein. Aufgrund des geringen Drehmomentbedarfs
kann der Rotordurchmesser und damit die Rotormasse
sehr klein ausfallen. Bei kleiner Masse kann mit dem geringen
Drehmoment noch eine hinreichende Beschleunigung erzielt werden.
Die Maschine ist so nicht einsetzbar für kombinierte Bohr-
und Fräsantriebe.
• Die Induktivität der Maschine ist kleiner als 100 µH. Der Spannungsabfall
an der Statorinduktivität kann im transienten Fall vernachlässigt
werden. Maschinen mit hoher EMK haben Induktivitäten
im Bereich von 1 mH..5 mH. Der Spannungsabfall an dieser
hohen Induktivität kann nicht vernachlässigt werden.
• Der Ständerwiderstand ist sehr klein. Aufgrund der kleinen Ströme
kann der Spannungsabfall am Ständerwiderstand vernachlässigt
werden.
Der durch die Vereinfachungen entstehende Winkelfehler γ ist abhängig
vom Ständerwiderstand, der Ständerinduktivität, dem Ständerstrom und
der Drehzahl. Der Ständerstrom hängt über die Lagerverluste von der
Drehzahl ab, Ständerwiderstand und Ständerinduktivität können als Konstante
angesehen werden. Daher gilt im stationären Fall:
( Rs
, Ls,
I ω)
⇒ γ = ( ω)
γ = f s,
f
(3.2)