Das Beste aus zwei Welten
Drive Controller von SIEB & MEYER vereinen Servoverstärker und Frequenzumrichter in einem Gerät
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High-Speed braucht höchste Performance
SIEB & MEYER entwickelt und vertreibt bereits seit mehreren Jahrzehnten sowohl Frequenzumrichter als auch Servoverstärker. Der Fokus liegt dabei auf Hochgeschwindigkeitsanwendungen im Falle der Frequenzumrichter und auf hochdynamischen Positionieranwendungen bei den Servoverstärkern. Dieser Sachverhalt hat schon vor rund 20 Jahren dazu geführt, dass beide Anwendungsbereiche mit identischen Geräten bedient werden. Das funktioniert, weil SIEB & MEYER zum Erreichen der applikationsseitigen Regelungseigenschaften in beiden Anwendungsfällen entsprechende Mess- und Regelungstechnik zum Einsatz bringt.
Die Drive Controller von SIEB & MEYER integrieren nicht nur die Funktionen eines Frequenzumrichters und eines Servoverstärkers gleichermaßen, sondern tun das auf allerhöchstem Niveau und in logischer Konsequenz ihrer technischen Spezifikationen.
Vorteil! Reduzierte Hersteller- und Gerätevielfalt
Mit dem Konzept des Drive Controllers reduziert SIEB & MEYER die Komponentenvielfalt nicht nur im eigenen Haus, sondern auch bei seinen Kunden. Der Anwender erhält einen hocheffizienten Hochgeschwindigkeits-Frequenzumrichter und gleichzeitig einen hochdynamischen Servoverstärker. Entsprechend kann dieselbe Hardware beispielsweise in einer Werkzeugmaschine für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung für beide Anwendungsbereiche eingesetzt werden. Das reduziert die Hersteller- und Gerätevielfalt ebenso wie Anzahl der vorzuhaltenden Ersatzteile.
Torsten Blankenburg, CTO bei SIEB & MEYER: „Gerade in einer Werkzeugmaschine hat man eigentlich immer beide Welten. Für die Bearbeitungsspindel habe ich den Frequenzumrichter, für die Bewegungsachsen Servoverstärker. Und mit unseren Drive Controllern können beide Applikationen optimal bedient werden.“
Frequenzumrichter & Servoverstärker –
Warum die Kombi nicht überall funktioniert
Gründe für ein separates Angebot von Frequenzumrichtern und Servoverstärkern im Standard-Segment liegen vor allem auf der preislichen Seite, da die Volumenhersteller sich auf Massenanwendungen wie beispielsweise Förderbänder oder einfache Bewegungsachsen fokussieren. Diese simplen Anwendungen haben normalerweise keine hohen regelungstechnischen Anforderungen, sodass es sich lohnt, Frequenzumrichter beziehungsweise Servoverstärker einzusetzen, die hard- und softwareseitig auf ein Mindestmaß reduziert wurden.
„Der Servoverstärker ist eigentlich immer die höherwertige Komponente und könnte in der Regel auch ein Frequenzumrichter sein. Aber diese Dynamik kostet Geld und braucht einen sehr großen Overhead. Deshalb liegt der Preis eines Standard-Frequenzumrichters in der Regel unter dem des Servoverstärkers. Und das führt zu einer Zweiteilung.“
Torsten Blankenburg
| Frequenzumrichter | Servoverstärker | |||
| Eigenschaften | Standard-/Normmotoren 0..400 Hz | High-Speed -Motoren 0..4.000 Hz | Einfache Servoachsen | Hochdynamische Servoachsen |
| Strommessung | geringe Auflösung | hohe Auflösung | geringe Auflösung | hohe Auflösung |
| PWM-Frequenz | <= 4kHz | 32 kHz | <= 4kHz | 8..32 kHz |
| Signalverarbeitung | langsam | schnell | mittel | schnell |
| Leistungshalbleiter | langsam | schnell | langsam | schnell |
| Rechenleistung | gering | hoch | mittel | hoch |
Typische Anforderungen hochdynamischer Anwendungen
Applikationen, die bei SIEB & MEYER im Fokus stehen, bewegen sich im Hochgeschwindigkeitsbereich. Das erfordert entsprechendes Messequipment in den Geräten und dynamische Regelungstechnik. Heißt: Was den Servoverstärker eigentlich per se ausmacht, ist hier auch in den Frequenzumrichter-Anwendungen nötig. Eine hardwareseitige Unterscheidung beider Komponenten ist daher in der High-Speed-Nische nicht sinnvoll.
Typische Anwendungen für Servoverstärker aus dem Sortiment von SIEB & MEYER bewegen sich in einem Leistungsbereich von 7 bis 8 kW (das Bild zeigt beispielhaft eine hochpräzise Schraubanwendung). Ein Charakteristikum dieser hochdynamischen Applikationen sind ihre Lastspitzen. Deshalb verfügt die Endstufe bei den kleineren Drive Controllern über eine hohe Überlastfähigkeit. Das kommt der Servo-Applikation zugute, wird im Frequenzumrichter aber nicht benötigt.
Bei den größeren Leitungsklassen verzichtet SIEB & MEYER auf die hohe Überlastfähigkeit, weil das Unternehmen dort keine typischen Servo-Anwendungen bedient. Stattdessen unterstützt SIEB & MEYER im hohen Leistungsbereich High-Speed-Motoren – also typische Frequenzumrichter-Anwendungen – mit seinen Drive Controllern (das Bild zeigt beispielhaft einen Hochgeschwindigkeitsfräsprozess). Diese Applikationen erfordern einen hohen Nennstrom, jedoch nur einen geringfügig höheren Spitzenstrom.
Torsten Blankenburg: „Unsere kleinen Geräte zeichnen sich durch ein hohes Nenn- zu Spitzenstromverhältnis aus. Die Bandbreite wird dann mit steigender Leistung immer geringer. Diese Spezifikation deckt sich mit den Anforderungen der Frequenzumrichter- und Servo-Applikationen unserer Kunden.“
Die SD4x-Produktfamilie
Die SD4S-Serie steht in Baugrößen der 50 V-, der 230 V- und der 400 V-Klasse zur Verfügung. Unterstützt werden nun auch PWM-Schaltfrequenzen von 24 und 32 kHz. Für eine noch feinere Modulierung des sinusförmigen Signals ist eine Kommutierungswinkel-Steuerung für 32, 48 und 64 kHz integriert. Dadurch ergibt sich ein optimaler sinusförmiger Motorstrom, nahezu ohne störenden Oberschwingungen. Die durch die PWM verursachte Verlustleistung im temperaturanfälligen Motor bzw. Rotor kann somit sehr deutlich minimiert werden.
Auch die Multi-Level-Umrichter aus der SD4M-Serie ermöglichen beim Einsatz in Hochgeschwindigkeitsanwendungen eine geringe Motorerwärmung und einen hohen Systemwirkungsgrad. Außerdem reduziert der Wegfall von Motordrosseln bzw. Sinusfiltern das Bauvolumen und die Herstellungskosten des Gesamtsystems. Es stehen Varianten für die AC- und DC-Einspeisung in einem Leistungsbereich von 70..500 kVA zur Verfügung. Die Modelle mit DC-Einspeisung ermöglichen dabei den Einsatz in generatorischen Anwendungen wie Flywheel oder Mikrogasturbinen.
Die besonders kompakten Drive Controller aus der SD4B-Serie eignen sich sowohl für den Einsatz als hochdynamischer Servoverstärker für den Betrieb von rotativen und linearen Niedervolt-Servomotoren als auch für einen optimierten Betrieb von hochdrehenden Niedervolt-Synchron- und Asynchronmotoren. Im Hochgeschwindigkeitsbereich ermöglicht der SD4B einen sensorbehafteten Betrieb von Motoren mit überlagerter Synchronisationsfunktion auf Basis von 24 V-Synchronisations-Signalen. Auf diese Weise lassen sich mehrere Hochgeschwindigkeitsmotoren im Master-/Slave-Betrieb winkelsynchron betreiben. Die robuste Drehzahlregelung erlaubt dabei auch hohe Massenträgheitsverhältnisse von bis zu 1:100 zwischen Motor und Werkzeug.
SIEB & MEYER AG
Auf dem Schmaarkamp 21
21339 Lüneburg
Tel. +49 4131-203 – 1438
Fax +49 4131203-2000
Markus.Finselberger@sieb-meyer.de
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