Bereits 2021 hat Sieb & Meyer die ersten Geräte der SD4-Baureihe auf den Markt gebracht, 2022 folgen nun weitere Varianten. „Ziel ist es, dass die SD4x-Geräte schrittweise die Frequenzumrichter der SD2x-Serie ablösen“, erläutert Ralph Sawallisch, Key Account Manager Antriebselektronik bei den Norddeutschen. „Diesbezüglich sind wir nun auf einem guten Weg. Die SD4x-Produktfamilie wächst stetig.“ Bis vor Kurzem lag der Fokus noch auf der Felderprobung der SD4x-Entwicklungsplattform. Die erste SD4S-Gerätevariante diente zunächst dem leistungsseitigen Lückenschluss im bestehenden Produktportfolio der Frequenzumrichter im unteren Leistungsbereich: Den Anfang machte eine Schaltschrank-Variante des SD4S mit 800 W/1,6 kVA. Ende des zweiten Quartals 2021 stand die nächste Baugröße mit 1.600 W/3,2 kVA zur Verfügung. Diese Varianten stellen die Basis für den Betrieb von Hochgeschwindigkeitsspindeln beziehungsweise Motoren im Leistungsbereich von wenigen hundert Watt bis 1,6 kW dar.
Umrichter SD4S und SD4M bereit für den Serienstart
Somit werden die Ampeln für einen breiten Serienstart in Kürze von Gelb auf Grün springen: Denn nun treten funktionsseitig erprobte Nachfolgeprodukte für die SD2S- und SD2M-Serien an. Der SD4S wird in fünf Baugrößen der 230-V-Klasse zur Verfügung stehen, im ersten Halbjahr 2022 kommen zusätzlich vier Baugrößen der 400-V-Klasse auf den Markt. Insgesamt decken diese Geräte dann den aktuellen Leistungsbereich (1,4..55 kVA) der SD2S-Serie ab beziehungsweise erweitern diesen sogar nach unten und oben (0,8..66 kVA). Gleichzeitig wird aus der Serie SD2M die Serie SD4M. Der Hersteller hatte erst vor Kurzem eine neue SD2M-Baugröße auf den Markt gebracht, die durch die Erhöhung der Ausgangsleistung beziehungsweise des Ausgangsstroms auf 470 kVA/800 Aeff (bei 400 V) speziell im Bereich von Turboverdichtern und -kompressoren leistungsstärkere Systemlösungen möglich macht. „Bei diesem Gerät ist die Leistungselektronik auf dem neuesten Stand“, schildert Sawallisch. „Es ist alles so vorbereitet, dass man sie als neue Logikvariante in den SD4M transferieren kann. Somit wird die Umstellung relativ schnell machbar sein.“ Hauptvorteile für den Kunden werden vor allem die regelungstechnischen Verbesserungen sowie die Ethernet-basierten Bussysteme sein. Bestandskunden werden natürlich weiterhin den SD2M nutzen können – bei neuen Projekten fällt der Umstieg auf den SD4M jedoch leicht. „Leistungsseitig muss nicht viel angepasst werden“, so Sawallisch. „Der Kunde muss nur logikseitig einen etwas anderen Stecker verwenden und einige Feinheiten beachten.“
„Funktionell und regelungstechnisch bietet die neue Serie dem Anwender gegenüber der Vorgängerserie nochmalige Steigerungen, zum Beispiel die Erweiterung des Drehzahlbereiches der sensorlosen Vektor-Regelung auf bis zu 240.000 1/min“, so Sawallisch. „Erste positive Praxiserfahrungen mit geberlosen Synchronmotoren im Drehzahlbereich bis 180.000 1/min (3.000 Hz) konnten bereits gesammelt werden.“ Zum Vergleich: Bei der Vorgängerserie lag die Grenze für einen geberlosen Betrieb bei 120.000 1/min (2.000 Hz). Zudem hat der Hersteller die bestehenden Antriebsfunktionen um eine Vektorregelung für Asynchronmotoren mit Geberrückführung ergänzt. Dadurch wurde das Einsatzspektrum der SD4x-Serie nochmals erweitert. Dank des Multi-Protokoll-Chips für die am Markt etablierten Ethernet-basierten Schnittstellen und hilfreichen Zusatzfunktionen wie eine Echtzeituhr sind die Geräte für die Zukunft gewappnet. Obwohl sie auf die zukunftsorientierten, rein digitalen Schnittstellen ausgerichtet sind, werden auch weiterhin analoge Schnittstellen für Drehzahlgeber wie Resolver und Sin/Cos 1Vss mittels Optionsboard bereitgestellt.
Das zentrale Element der SD4x-Produktfamilie ist aber die deutlich verbesserte Prozessorleistung: Der neue 32-Bit Prozessor ist bis zu fünfmal schneller und erlaubt somit eine höhere Auflösung und genauere Berechnungen. Zudem ist der Hersteller von einer Festkomma- auf eine Fließkomma-Arithmetik umgestiegen, was eine flexiblere Gestaltung erlaubt. Insgesamt lassen sich mit dem neuen Prozessor-System komplexere Aufgaben schneller abarbeiten. Eine um bis 1,8-fach schnellere Berechnung auf der Hardware-Seite ermöglicht ein neuer FPGA: Er erlaubt es, komplexere Regelaufgaben abzuarbeiten. Für den Kunden bedeutet das eine starke Steigerung der Performance. Höhere Schaltfrequenzen und eine verbesserte Regelgüte bei nochmals gesteigerten Drehzahlen bewirken Verbesserungen im Gesamtprozess. SD4x-Geräte können dank eines integrierten Lagereglers eigenständige hochgenaue Positionierungen durchführen. 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. Die durch die PWM verursachte Verlustleistung kann auf ein Bruchteil minimiert werden. Die regelungstechnischen Verbesserungen bringen im Übrigen auch bei dynamischen Servo-Anwendungen Vorteile: Bauartbedingte Motoreinflüsse wie das Cogging werden minimiert. Zusätzlich hat der Hersteller die zur Verfügung stehende Prozessorperformance für neue Regelungsfunktionen genutzt. So ist es nun möglich, Synchronmotoren mit „vergrabenen“ Magneten, auch Interior Permanent Magnet Motor (IPM) genannt, optimal zu betreiben. Das bei diesen Motoren zusätzlich zur Verfügung stehende Reluktanzmoment wird dabei arbeitspunktunabhängig in Echtzeit optimiert. „Stand der Technik bei anderen Systemen ist eine statische Optimierung auf einen festen Arbeitspunkt“, erläutert Sawallisch. „So können die Möglichkeiten der Motoren in weiten Arbeitsbereichen jedoch nicht ausgenutzt werden.“
Einfach parametrieren und diagnostizieren
Ein Highlight ist zudem die neue Drivemaster4-Software. Sie ist die Schaltzentrale der Frequenzumrichter-Familie, die sowohl eine initiale Parametrierung und Inbetriebnahme als auch Diagnose ermöglicht. Das integrierte Software-Tool Motor Analyzer erlaubt zudem aussagekräftige Simulationen des Betriebs von Frequenzumrichtern. So lässt sich nun eine FFT-Analyse des simulierten Ausgangsstroms durchführen. Die Ergebnisse zum Gesamtoberschwingungsgehalt THD (Total Harmonic Distortion) des Motorstroms (THDi) und der Motorspannung (THDu) ermöglichen dem Experten, die Motorerwärmung genauer abzuschätzen. Die Daten sind dabei auch Grundlage für die Realisierung eines digitalen Systemzwillings. Dies führt zu einer nennenswerten Risikominimierung und Kostenreduzierung im Entwicklungsprozess. „Wir freuen uns auf den breiten Serienstart von SD4S und SD4M“, so Sawallisch abschließend. „Somit können nun immer mehr Kunden von den zentralen Vorteilen der Produktfamilie profitieren. (jg)
Mehr Informationen zur Frequenzumrichter-Baureihe SD4 von Sieb & Meyer:
Kontakt:
Sieb & Meyer AG
Auf dem Schmaarkamp 21
21339 Lüneburg
Tel. +49 4131 203–0
info@sieb-meyer.de
www.sieb-meyer.de
Die Frequenzumrichter-Produktfamilie SD4x
Die Spezialgebiete von Sieb & Meyer sind Frequenzumrichter für Hochgeschwindigkeits-Anwendungen sowie Servoverstärker für hochdynamische Bewegungsachsen. Auf Basis der neuen Entwicklungsplattform SD4x stellt das Unternehmen die neuen Produktfamilien SD4S und SD4M vor. Die Geräte unterstützen neue Schnittstellen und bieten eine Reihe von zusätzlichen Funktionen. Anwender werden von höheren Drehzahlen und einer deutlich verbesserten Performance profitieren.
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