Praxisforum Elektrische Antriebstechnik 2016 Erster sensorloser Synchron-Reluktanzmotor

Redakteur: Gerd Kucera

Den ersten sensorlosen Synchron-Reluktanzmotor zeigt die TU Wien auf der Messe SPS 2015 (24.-26.11. in Nürnberg). Und auf dem Praxisforum Elektrische Antriebstechnik (7.-9.März 2016 im VCC Würzburg) vermittelt Prof. Manfred Schrödl detailliert Technik und Vorteile der Anwendung.

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Prof. Manfred Schrödl: „Innerhalb nur einiger Millisekunden ist bereits ab Stillstand das volle Drehmoment des Antriebes verfügbar.“
Prof. Manfred Schrödl: „Innerhalb nur einiger Millisekunden ist bereits ab Stillstand das volle Drehmoment des Antriebes verfügbar.“
(Bild: TU Wien)

Elektromotoren mit Permanentmagneten bringen ein Problem mit sich: ihre besonders starken Magnete, die sie zum Betrieb brauchen, enthalten Metalle der Seltenen Erden. Diese Seltene-Erdmetalle sind schwer verfügbar und entsprechend teuer. Aus diesen und anderen Gründen werden Synchron-Reluktanzmotoren immer interessanter. Denn der Rotor eines solchen Elektromotors braucht weder Permanentmagnete noch Wickelspulen; außerdem haben Reluktanzmotoren einen besonders hohen Wirkungsgrad.

An der TU Wien gelang es, diesen Motorentyp entscheidend zu verbessern: Durch eine neuartige Regelung sind Lagesensoren jetzt überflüssig, die bisher als entscheidende Schwachstelle anzusehen waren. Mit einer speziellen Regelung lässt sich die Maschine hochdynamisch, stufenlos und ruckfrei betreiben.

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Im Stator des Synchron-Reluktanzmotors sind rund um den Rotor Spulen angeordnet, die je nach Lage des Rotors richtig gepolt werden müssen, um den Rotor in Drehung zu versetzen. Man muss also genau feststellen, in welcher Position sich der Rotor gerade befindet. Die Positionserfassung ist Aufgabe der Lagesensoren, die aber Kosten verursachen, Platz benötigen und fehleranfällig sind. Denn dünne Drähte und feine Lötstellen an den Sensoren nehmen leicht Schaden und sind daher für viele Motorenausfälle verantwortlich.

Bereits in den letzten Jahren sorgte Prof. Schrödl mit seiner sensorlosen Drehstrom-Synchronmaschine für Aufsehen. Nun präsentiert er zur diesjährigen Fachmesse SPS IPC Drives in Nürnberg (Halle 4, Stand 548) den sensorlosen Synchron-Reluktanzmotor. Auf dem Praxisforum Elektrische Antriebstechnik (7.-9.März 2016 im VCC Würzburg) vermittelt Prof. Manfred Schrödl detailliert Technik und Vorteile für die Anwendung des sensorlosen Synchron-Reluktanzmotors.

Testimpulse statt integrierte Sensoren

„Der entscheidende Trick bei der neuen Technik liegt darin, erklärt Prof. Schrödl die Entwickung, „durch die Spulen der Elektromagnete im Stator elektrische Testimpulse zu schicken, die nur einige Millionstel Sekunden dauern. Die elektromagnetische Reaktion auf diese Impulse lässt sich direkt messen, sodass daraus die momentane Position des Rotors berechnet werden kann. Man nutzt die Stromzufuhr, die ohnehin nötig ist, aber eigene Sensoren braucht man dann nicht mehr.“ Besonders bei kleinen Drehzahlen und bei Stillstand war die Messung der Rotorposition bisher eine große Herausforderung. Dafür musste das Team der TU Wien ganz neue Methoden erarbeiten.

„Durch unsere Methoden steht bereits ab Stillstand das volle Drehmoment des Antriebes zur Verfügung – und zwar innerhalb einiger Millisekunden“, freut sich Prof. Schrödl. Die neue Technik habe sich bei Permanentmagnet-Synchronmotoren bereits vielfach bewährt, mit dem Schritt zu den Reluktanzmotoren erweitert sich das Spektrum der Anwendungsmöglichkeiten nun noch einmal.

Ein besonderer Vorteil der neu entwickelten Technik ist, dass sie keine Geräusche verursacht, sie ist also auch für geräuschsensible Anwendungen gut einsetzbar, etwa für Lüftungen.

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