Die Geschichte der Elektromotoren reicht bis ins Jahr 1820 zurück, als Hans Christian Oster die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms entdeckte und ein Jahr später Michael Faraday die elektromagnetische Rotation entdeckte und den ersten primitiven Gleichstrommotor baute.Faraday entdeckte 1831 die elektromagnetische Induktion, aber erst 1883 erfand Tesla den Induktionsmotor (Asynchronmotor).Heute sind die Haupttypen elektrischer Maschinen nach wie vor dieselben: Gleichstrom, Induktion (asynchron) und synchron, alle basierend auf Theorien, die vor über hundert Jahren von Alstead, Faraday und Tesla entwickelt und entdeckt wurden.
Seit der Erfindung des Induktionsmotors ist er aufgrund der Vorteile des Induktionsmotors gegenüber anderen Motoren heute der am weitesten verbreitete Motor.Der Hauptvorteil besteht darin, dass Induktionsmotoren keine elektrische Verbindung zwischen den stationären und rotierenden Teilen des Motors benötigen. Sie benötigen daher keine mechanischen Kommutatoren (Bürsten) und sind wartungsfreie Motoren.Induktionsmotoren zeichnen sich außerdem durch geringes Gewicht, geringe Trägheit, hohen Wirkungsgrad und starke Überlastfähigkeit aus.Dadurch sind sie günstiger, stärker und versagen auch bei hohen Geschwindigkeiten nicht.Darüber hinaus kann der Motor in explosionsfähiger Atmosphäre ohne Funkenbildung arbeiten.
In Anbetracht aller oben genannten Vorteile gelten Induktionsmotoren als perfekte elektromechanische Energiewandler. Allerdings wird mechanische Energie häufig bei variablen Drehzahlen benötigt, bei denen Drehzahlregelungssysteme keine triviale Angelegenheit sind.Die einzige effektive Möglichkeit, eine stufenlose Drehzahländerung zu erzeugen, besteht darin, dem Asynchronmotor eine dreiphasige Spannung mit variabler Frequenz und Amplitude bereitzustellen.Die Rotorgeschwindigkeit hängt von der Geschwindigkeit des vom Stator bereitgestellten rotierenden Magnetfelds ab, daher ist eine Frequenzumwandlung erforderlich.Es ist eine variable Spannung erforderlich, die Motorimpedanz wird bei niedrigen Frequenzen verringert und der Strom muss durch Reduzierung der Versorgungsspannung begrenzt werden.
Vor dem Aufkommen der Leistungselektronik wurde die geschwindigkeitsbegrenzende Steuerung von Induktionsmotoren dadurch erreicht, dass die drei Statorwicklungen von einer Dreieck- auf eine Sternschaltung umgeschaltet wurden, wodurch die Spannung an den Motorwicklungen reduziert wurde.Induktionsmotoren verfügen außerdem über mehr als drei Statorwicklungen, um die Anzahl der Polpaare variieren zu können.Allerdings ist ein Motor mit mehreren Wicklungen teurer, da der Motor mehr als drei Anschlussanschlüsse benötigt und nur bestimmte diskrete Drehzahlen verfügbar sind.Eine weitere alternative Methode zur Drehzahlregelung kann mit einem Induktionsmotor mit gewickeltem Rotor erreicht werden, bei dem die Rotorwicklungsenden auf Schleifringe gebracht werden.Dieser Ansatz macht jedoch offenbar die meisten Vorteile von Induktionsmotoren zunichte, führt aber auch zu zusätzlichen Verlusten, die durch die Reihenschaltung von Widerständen oder Reaktanzen über die Statorwicklungen eines Induktionsmotors zu einer schlechten Leistung führen können.
Zu dieser Zeit waren die oben genannten Methoden die einzigen verfügbaren Methoden zur Drehzahlregelung von Induktionsmotoren, und es gab bereits Gleichstrommotoren mit stufenlos regelbaren Drehzahlantrieben, die nicht nur den Betrieb in vier Quadranten ermöglichten, sondern auch einen weiten Leistungsbereich abdeckten.Sie sind sehr effizient und verfügen über eine gute Kontrolle und sogar ein gutes dynamisches Ansprechverhalten. Ihr Hauptnachteil ist jedoch die zwingende Anforderung an Bürsten.
abschließend
In den letzten 20 Jahren hat die Halbleitertechnologie enorme Fortschritte gemacht und die notwendigen Voraussetzungen für die Entwicklung geeigneter Induktionsmotor-Antriebssysteme geschaffen.Diese Bedingungen lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen:
(1) Kostenreduzierung und Leistungsverbesserung leistungselektronischer Schaltgeräte.
(2) Möglichkeit zur Implementierung komplexer Algorithmen in neue Mikroprozessoren.
Voraussetzung ist jedoch die Entwicklung geeigneter Methoden zur Drehzahlregelung von Induktionsmotoren, deren Komplexität im Gegensatz zu ihrer mechanischen Einfachheit im Hinblick auf ihren mathematischen Aufbau (multivariat und nichtlinear) besonders wichtig ist.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 05.08.2022