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Ein Elektromotorantrieb ist ein elektrisches System, das einen Frequenzausgang an einen Elektromotor zur Ansteuerung industrieller Lasten wie Heizung und Klimatisierung, Lüftung, Pumpen, Kompressoren und Aufzüge sowie Lasten im Bereich der Fertigungsautomatisierung wie Förderbänder, Bergbau und Papierfabrikausrüstung bereitstellt.
Elektromotorantriebe in industriellen Umgebungen sind Bedingungen ausgesetzt, wie hohe Temperaturen und hohe Luftfeuchtigkeit, Schwankungen der AC-Stromleitung und mechanische Überlastungen. Die Anwender verlangen nach mehr Effizienz und Zuverlässigkeit. Die Schaltgeschwindigkeiten von Leistungshalbleiterbausteinen wie Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) nehmen ständig zu. Technologien mit breitem Bandabstand wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN), die schnellere Schaltgeschwindigkeiten ermöglichen, werden zunehmend eingesetzt. Angesichts des steigenden Bedarfs an höheren Schaltgeschwindigkeiten und mehr Systemzuverlässigkeit müssen moderne Motorantriebssysteme mehrere Fehlerereignisse erkennen und vor ihnen schützen, um Ausfallzeiten von Industrieanlagen zu minimieren.
In diesem Artikel werde ich über die Prioritätsstufe und Auswirkungen verschiedener Fehlerereignisse, die Möglichkeiten ihrer Erkennung, um Schäden an Motorantriebsschaltkreisen zu vermeiden, sprechen.
Ein elektrisches Motorantriebssystem, wie gezeigt in Abbildung 1, bezieht Strom aus dem Wechselstromnetz, richtet diesen in Gleichspannung um und invertiert den Gleichstrom mit variabler Größe und Frequenz, basierend auf dem Lastbedarf durch komplexe Regelalgorithmen für Rückkopplungsregelung, zurück in Wechselstrom.
Ein Motorantriebssystem besitzt typischerweise zwei Spannungsbereiche: Den Hochspannungsbereich und den Niederspannungsbereich. Der Mikrocontroller oder digitale Signalprozessor, der sich typischerweise im Niederspannungsbereich befindet, empfängt Rückkopplungssignale (Spannung, Strom, Temperatur usw.) von der dreiphasigen IGBT-Leistungsstufe und erzeugt pulsweitenmodulierte Signale zur Steuerung der Leistungsschalttransistoren und anderer Highside-Leistungsschaltungen. Solche Systeme erfordern eine robuste und zuverlässige galvanische Trennung, um Hochspannungsschaltungen von Niederspannungsschaltungen zu isolieren. Eine Isolierungsarchitektur ermöglicht den zuverlässigen Betrieb von Motorantriebssystemen. Sie verhindert Schäden an teuren Schaltkreisen, indem sie die Masseschleifen zwischen den hoch- und Niederspannungsschaltkreisen unterbricht und zum Schutz des Bedienpersonals vor hohen Spannungen beiträgt.