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3-Level 100kHz PWM – High Tech

Triamec 3-Level PWM Technik bei 80krpm
Triamec 3-Level PWM Technik (untere Grafiken) am Beispiel einer mit 80'000U/min drehenden Spindel im Vergleich zu traditionellen Servo-Drives (obere Grafiken)
  • Reduktion der Verlustleistung – verbesserte Laufruhe

Die 3-Level Technik, kombiniert mit 100kHz Schalt­frequenz, reduziert die Verlustleistung in Motoren stark. Dies wird deutlich, wenn man die Wicklungsströme, gestellt durch einen konventionellen 16kHz-Drive, mit denjenigen des Triamec TSP700 3-Level PWM Servo-Drives vergleicht. Die nebenstehenden Grafiken zeigen eine reale 6kW­-Frässpindel bei 80'000U/min. Die für solche Motoren typisch niedrige Induktivität von 1.2mH hat mit der hohen DC-Bus Spannung von hier 500V einen sehr schnellen Stromanstieg zur Folge – eine zu tiefe PWM-Frequenz (obere Grafiken) führt zu einem grossen Überschwingen des Stroms (rote Kurve) über den eigentlich gewünschten Wert (grüne Kurve).

Die durch den PWM gestellte Spannung wird mit dem TSP700 wesentlich häufiger und präziser an den Sinus der Drehfrequenz approximiert. Daraus resultiert eine Reduktion der Welligkeit des Wicklungsstroms um den Faktor 10. Entsprechend sinken die Verluste im Motor, der Rotor dreht ruhiger und die Ableitströme in den Lagern sind kleiner.

  • Hervorragende Regelgüte

Insgesamt wird mit dem schnellen Regeltakt von 100kHz auch die Strom-, Geschwindigkeits- und Positionsregelung verbessert, wovon nicht nur Spindeln, sondern alle direkt angetriebenen Systeme profitieren: Höhere Steifigkeiten, bessere Dämpfung, präziseres Führungsverhalten.

  • Wirtschaftliche Vorteile

Wegen der hohen Schaltfrequenz können für Spindelmotoren auch mehrpolige Ausführungen verwendet werden. Damit lassen sich einerseits höhere Drehmomente erzielen und andererseits die Kosten reduzieren. Allfällige Filtermassnahmen entfallen oder werden deutlich günstiger; der Kühlaufwand wird minimiert.

Für hohe Schnittgeschwindigkeiten können Drehzahlen von über 360'000U/min erreicht werden, und zwar mit sinusförmiger Kommutierung für minimale Verluste im Motor.