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Stellgeräte für elektrische Antriebe

 

Übersicht

Stellgeräte für elektrische Antriebe sind zwischen dem elektrischen Versorgungsnetz und dem Elektromotor angeordnet. Sie wandeln die vom Netz bereitgestellte Energie so um, dass der Motor an seiner Welle die vom Automatisierungsprozess geforderten mechanischen Leistungs- oder Bewegungsgrößen abgibt. Das Stellgerät nimmt in der Mehrzahl der Anwendungsfälle an seinem Eingang elektrische Energie auf und gibt diese in anderer Form an seinem Ausgang an den angeschlossenen Elektromotor wieder ab. In Spezialfällen kann der Energiefluss auch vom Motor zum elektrischen Netz erfolgen.

Stellgeräte bestehen aus zwei wesentlichen Grundeinheiten

• Das Leistungsteil (Leistungselektronik)
  Das Leistungsteil übernimmt die eigentliche Wandlung der elektrischen Energie. Dazu verfügt es über entsprechende aktive Bauelemente auf der Basis von Leistungshalbleitern, die als Ventile und Schalter arbeiten.
  
  
• Die Regelung (Signalelektronik)
  Die Regelung übernimmt sämtliche Regel-, Steuerungs-, Kommunikations- und Schutzfunktionen. In modernen Stellgeräten wird sie ausschließlich digital unter Verwendung leistungsstarker Mikroprozessoren realisiert. Die Regelung gibt dem Leistungsteil die erforderlichen Schaltbefehle vor.

Stellgeräte für elektrische Antriebe lassen sich nach:

• Art der netzseitigen Einspeisung,
• betreibbaren Motortypen und
• der Modularisierung

unterscheiden. Die elektrischen Kenngrößen wie Netzspannung, Leistung, Ausgangsspannung usw. stellen weitere Klassifizierungsmerkmale dar.

 

Art der netzseitigen Einspeisung

• Phasenzahl
  Im industriellen Bereich werden fast ausschließlich Drehstromnetze betrieben. In anderen Bereichen sind auch Wechselstromnetze gebräuchlich. Entsprechend werden Geräte mit 3-phasigem und 1-phasigem Netzanschluss angeboten.
  
  
• Taktung
  Stellgeräte für elektrische Antriebe arbeiten netzseitig mit einer festen Zykluszeit (Abtastzeit). In Abhängigkeit davon, ob diese Zykluszeit von der Frequenz und Phasenlage des speisenden Drehstrom- oder Wechselstromnetzes bestimmt wird, spricht man von netzgeführten oder selbstgeführten Einspeisungen. Selbstgeführte Einspeisungen sind aufwendiger und werden deshalb vorwiegend bei Drehstromnetzen verwendet.

 

Betreibbare Motoren

Je nach zu betreibenden Motortyp sind die Stellgeräte intern unterschiedlich aufgebaut. Die wesentlichen Unterschiede betreffen dabei die Leistungselektronik. Während Stellgeräte für den Betrieb von Gleichstrommotoren Anschlüsse für 2 Motorleitungen aufweisen, verfügen Stellgeräte für Drehstrommotoren (Synchron- und Asynchronmotoren) über 3 Motorklemmen. Stellgeräte für Schrittmotoren sind mit 4 Motoranschlüssen ausgerüstet. Im Leistungsteil werden die für die verschiedenen Motortypen erforderlichen Strom- und Spannungsverläufe generiert.

 

Modularisierung

Stellgeräte für einachsige Anwendungen sind als Komplettgeräte ausgeführt. Sie beinhalten die vollständige Leistungs- und Signalelektronik für den Betrieb eines Motors. Typische Beispiele dafür sind Stromrichter für Gleichstromantriebe und Frequenzumrichter für Drehstrommotoren.
Zunehmend sind in den Maschinen und Anlagen mehrere elektrische angetriebene Servoachsen enthalten. Prinzipiell kann dann jede Achse mit einem eigenen Stellgerät ausgerüstet werden. Aus Kostengründen und um einen Energieausgleich zwischen beschleunigenden und bremsenden Achsen zu ermöglichen, werden jedoch modulare Systeme bevorzugt. Diese verfügen über eine gemeinsame Einspeisung für alle Achsen. Die Einspeisung wandelt die Wechselspannung des speisenden Netzes in eine Gleichspannung um. Diese wird den einzelnen Wechselrichtern über einen Gleichspannungszwischenkreis zur Verfügung gestellt. Diese generieren aus der Gleichspannung entsprechend der Vorgaben der Regelung eine Wechselspannung für den angeschlossenen Motor.