Dreipunktwechselrichter als aktive Filter bei der Speisung schnelldrehender Synchron-Hauptspindelantriebe für Werkzeugmaschinen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Eberhard Abele
• Subject Area: Metal-Cutting and Abrasive Manufacturing Engineering
• Term: from 2005 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5451908

Große Zerspanvolumina, geringe Zerspankräfte und hohe Oberflächengüte sind Vorteile der Hochgeschwindigkeitsfräsbearbeitung (HSC). Um diese Qualitätsmerkmale ausnutzen zu können, wurden in den letzten Jahren immer mehr Hochleistungsfräsmaschinen mit schnelldrehenden Motorspindeln ausgerüstet. Die Speisung der Spindelmotoren erfolgt in der Mehrzahl der Anwendungen durch Zweipunkt-Wechselrichter (Frequenzumrichter). Bedingt durch die taktende Arbeitsweise des Umrichters entstehen neben den gewünschten sinusförmigen Motorspeisegrößen auch unerwünschte Oberwellenanteile. Permanentmagneterregte Synchronmotoren (PMSM) bieten prinzipbedingt hohe Leistungsdichten, sehr gute dynamische Eigenschaften sowie kompakte Bauformen und eignen sich deshalb für die Verwendung als Spindelmotor. Ein Nachteil dieser Motoren sind die durch die Oberwellen der Speisung verursachten Verlustleistungen im Rotor, die zu einer starken Rotorerwärmung führen. Dadurch kommt es sowohl zu einer thermischen Längung der Spindel (Spindelnasenwachstum), als auch zu einer Entmagnetisierung des Rotors. Wirkungsvolle Möglichkeiten zur Lösung dieser Probleme liegen im Einsatz von passiven oder aktiven Ausgangsbeschaltungen. Im bisherigen Projektverlauf wurde ein neuartiges Regelungsverfahren für passive, geregelte Ausgangsfilter entwickelt und mit der herkömmlichen Speisung verglichen. Mit diesem Verfahren vermindern sich die Oberwellenanteile in Spannungen und Strömen und die Temperaturen bleiben deutlich unter denen, die mit dem Standardsystem zu erzielen sind. Im weiteren Projektverlauf wird das passive Filter um einen Aktivteil erweitert. Dieses vollständig neuartige Konzept hat den Vorteil der autarken Arbeitsweise. D. h. das aktive Filter kann bei Bedarf eingefügt werden, ohne in das Regelsystem des Hauptleistungsteils mit einbezogen werden zu müssen.

• DFG Programme: Research Grants