Antriebssystem für höchste Geschwindigkeiten - Bergische ...

1. Einleitung 3
Eine klassische Steuerung der Maschine über eine U/F-Kennlinie ist aufgrund
der geringen Dämpfung nur mit hohem Aufwand realisierbar [7, 9].
Durch den Einsatz moderner Signalprozessoren kann die bekannte U/F-
Steuerung erweitert und an die besonderen Eigenschaften der Maschine
angepasst werden. Mit speziellen Stabilisierungsmaßnahmen sind bereits
Drehzahlen bis zu 180.000 Umin -1 erzielt worden [8].
Feldorientierte Regelverfahren mit und ohne Drehgeber sind seit vielen
Jahren bekannt und in industriellen Antrieben implementiert [12, 13]. Sie
arbeiten üblicherweise in einem durch Koordinatentransformation erzeugten
rotorbezogenen Koordinatensystem. Mittlere und kleine Drehzahlen
bis hin zum Stillstand der Maschine können feldorientiert und ohne Drehgeber
mit verschiedenen Verfahren realisiert werden [14, 15, 16]. Die
hierzu erforderliche Rechenleistung ist teilweise sehr hoch und kann auch
mit modernen Signalprozessoren nur für einen sehr eingeschränkten Geschwindigkeitsbereich
abgedeckt werden.
Für sehr hohe Drehzahlen kann durch eine einfache Steigerung der Rechenleistung
zurzeit kein ökonomisches Ergebnis erzielt werden. Dies gilt
auch für die in Rotorkoordinaten realisierte schnelle Stromregelung und
das Modulationsverfahren [17, 18]. Insbesondere die in einem Hochgeschwindigkeitsantrieb
erforderliche Peripherie für den Signalrechner kann
nicht ohne weiteres in der Geschwindigkeit nach oben skaliert werden.
Gesucht wird daher ein Antriebsverfahren, welches die Vorteile der drehgeberlosen
feldorientierten Regelung ohne die Nachteile der bekannten
rechnergestützten Lösungen realisiert. Wünschenswert ist ein Konzept,
welches eine auch für zukünftige Drehzahlsteigerungen realisierbare
Hardware liefert.
In der vorliegenden Arbeit wird ein Antriebssystem mit feldorientierter
Regelung vorgestellt, mit dem eine permanenterregte Synchronmaschine
bei Drehzahlen von über 600.000 Umin -1 betrieben werden kann. Das Antriebskonzept
ist speziell für den Einsatz in Hochgeschwindigkeitsbohrstationen
der Leiterplattenfertigung gedacht.
Es wird gezeigt, dass die feldorientierte Regelung der permanenterregten
Synchronmaschine bei höchsten Drehzahlen nur durch eine Systemlösung
zu erreichen ist. Die vorgestellte Antriebsregelung ist sehr speziell und
kann daher nicht auf beliebige Anwendung übertragen werden oder in
einem beliebigen Frequenzumrichter implementiert werden.