Lösungen für elektrische Antriebe

In rauer industrieller Umgebung wird von den Umrichtern eine hohe Robustheit verlangt. Ein weiterer wichtiger Aspekt sind die Kosten. SEMIKRON bedient mit seinen Leistungshalbleitern kleine bis große Antriebshersteller als First- und Second-Source-Lieferant.

Mit Ausnahme spezieller Anwendungen werden heute in der elektrischen Antriebstechnik überwiegend Drehstrom-Synchron- und -Asynchronmaschinen eingesetzt. Zur Drehzahlregelung dienen meist Frequenzumrichter, welche die Netzspannung zunächst in eine Gleichspannung und anschließend in eine Spannung variabler Frequenz und Höhe umformen. Ist die anzutreibende Last regenerativ (z. B. aufgrund rotierender Massen), entsteht beim Bremsen elektrische Energie, die meist entweder über einen Bremschopper in einem Bremswiderstand in Wärme umgesetzt oder ins Energienetz zurückgespeist werden muss.

Weiterführende Informationen

2 Quadranten-Umrichter

2 Quadranten-Umrichter sind nicht rückspeisefähig; Bremsenergie muss in Wärme umgewandelt werden. Diese Umrichter werden vor allem in Antrieben mit niedriger Leistung eingesetzt, einschließlich der Mehrheit der Werkzeugmaschinenantriebe. In Umrichtern mit kleiner bis mittlerer Leistung bis etwa 15 kW werden bevorzugt CIB-Leistungsmodule eingesetzt (Converter Inverter Brake-Modul). Solche CIB-Module enthalten alle Leistungshalbleiter eines Umrichters, den Netzgleichrichter, den Bremschopper und den Wechselrichter.

Prinzipschaltbild eines 4 Quadranten IGBT-Umrichters

4 Quadranten-Umrichter

Um Energie ins Netz zurückspeisen zu können, sind Antriebsumrichter größerer Leistung häufig für den 4 Quadranten-Betrieb ausgelegt, d. h. sie bestehen aus zwei topologisch gleichen Invertern auf der Netz- und der Maschinenseite. Rückspeisefähigkeit bedeutet, dass die angeschlossene Maschine bei regenerativer Last generatorisch Energie ins Netz zurückspeisen kann.

Prinzipschaltbild eines Softstarters, SEMiSTART Thyristormodul

Thyristorsteller und Softstarter

Eine Drehzahlsteuerung von Asynchronmaschinen ist auch über antiparallele Thyristoren in jeder Netzphase möglich. Dieses Verfahren wird heute hauptsächlich in Softstartern angewandt, um Anlaufstrom und Anlaufmoment der Maschinen zu begrenzen. Als zuverlässige und kostengünstige Lösungen fertigt SEMIKRON SEMIPACK Thyristormodule sowie spezielle Leistungsmodule, die für eine oder drei Phasen in Antiparallelschaltung verbundene Thyristoren enthalten.

Beispiele für geregelte elektrische Antriebe

Niederspannungsantriebe

„Allgemeine“ Niederspannungsantriebe für universelle Anwendungen sind das stückzahlmäßig größte Einsatzgebiet für Frequenzumrichter. Diese Umrichter regeln Motoren im 2- und 4 Quadranten-Betrieb und stehen in einem weiten Leistungsbereich von unter 0,5 kW bis über 1 MW zur Verfügung. Typische Anwendungen sind Pumpen, Lüfter sowie Motoren für technologische Prozesse.

Servoantriebe

Hochdynamische Servoantriebe werden in Anwendungen mit hoher Spitzenlast zur Lage-, Geschwindigkeits- oder Drehmomentregelung verwendet. Die Leistungsbereiche liegen schwerpunktmäßig zwischen 0,5 kW und 30 kW. Diese Präzisionsantriebe dienen häufig zum geregelten 2 Quadranten-Betrieb von Motoren in Werkzeugmaschinen, Industrierobotern etc.

Aufzugsantriebe

An Antriebe für Aufzüge werden hohe Anforderungen in Bezug auf Laufruhe, Positioniergenauigkeit, Zuverlässigkeit und Lastzyklenfestigkeit gestellt. Zum Einsatz kommen Antriebe von etwa 10 kW bis 250 kW für den 2- und 4 Quadranten-Betrieb.

Mittelspannungsantriebe

Mittelspannungsantriebe mit Leistungen von 500 kW bis 5 MW werden verbreitet in der Schwerindustrie eingesetzt. In diesem Marktsegment gewinnen in den letzten Jahren Multilevel-und Multicell-Topologien immer mehr an Bedeutung. Diese Topologien erlauben durchReihenschaltung von IGBT-Modulen oder Umrichterzellen deutlich höhere Systemspannungen als die Sperrspannung der Leistungshalbleiter. Somit ist es möglich, z. B. kostengünstige IGBT-Module mit lediglich 1.700 V Sperrspannung auch am Mittelspannungsnetz mit Netzspannungen von 3.300 V und mehr einzusetzen. Zudem bieten diese Topologien durch das mehrstufige Schalten niedrige Netzoberschwingungen und reduzieren somit den Filteraufwand.

Prinzipschaltbild eines 3 Level IGBT-Umrichters
Prinzipschaltbild eines 3 Level IGBT-Umrichters

SEMIKRON-Produkte  für elektrische Antriebe