Feldschwächung: Erweiterung des Motordrehzahlbereichs
Was ist Feldschwächung?
Feldschwächung (Field Weakening) ist eine Technik, die den Betriebsdrehzahlbereich eines Permanentmagnet-Motors über seine Bemessungsdrehzahl hinaus erweitert. Dabei wird das effektive Magnetfeld des Rotors schrittweise reduziert — auf Kosten des verfügbaren Drehmoments wird zusätzliche Drehzahl gewonnen.
Warum ist das wichtig?
Jeder Permanentmagnet-Motor hat eine natürliche Drehzahlobergrenze, die durch seine Gegen-EMK-Konstante und die Versorgungsspannung bestimmt wird. Oberhalb dieser Drehzahl entspricht die erzeugte Gegen-EMK der Busspannung, und es kann kein weiterer Strom in den Motor eingespeist werden.
Feldschwächung hebt diese Grenze an und ermöglicht Anwendungen wie:
- In-Wheel-Motoren in Elektrofahrzeugen, die sowohl hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl als auch hohe Geschwindigkeit benötigen
- Spindelantriebe, die einen breiten Drehzahlbereich ohne Getriebewechsel erfordern
- Schnelle Verfahrbewegungen in der Automatisierung
- Getriebelose Direktantriebe, bei denen der mechanische Drehzahlbereich maximiert werden muss
Wie funktioniert es?
In einem PMSM erzeugen die Permanentmagnete des Rotors ein konstantes Magnetfeld. Im normalen FOC-Betrieb wird die Direktstromkomponente (Id) auf null gehalten, um die Drehmoment-Effizienz zu maximieren.
Feldschwächung injiziert gezielt eine negative Id-Komponente — ein Magnetfeld, das den Rotormagneten teilweise entgegenwirkt. Dies reduziert den effektiven Fluss, senkt die Gegen-EMK bei einer gegebenen Drehzahl und ermöglicht dem Motor, weiter zu beschleunigen.
Drei Parameter steuern das Verhalten:
- Startdrehzahl — die Drehzahl, ab der die Feldschwächung einsetzt
- Enddrehzahl — die Drehzahl, bei der die maximale Feldschwächung erreicht ist
- Prozentsatz — der Grad der Feldreduzierung
Die Reduzierung wird linear zwischen Start- und Enddrehzahl angewandt. Werte über 25 % können zu Instabilität führen.
Wichtig: Feldschwächung ist ein Experten-Feature. Falsche Einstellungen können verursachen:
- Entmagnetisierung des Motors (permanenter Schaden)
- Überhitzung durch erhöhte Verluste
- Gefährliche Überspannung, wenn der Antrieb bei hoher Drehzahl abgeschaltet wird (Gegen-EMK kann die Busspannung übersteigen)
Die Gegen-EMK-Spannung darf 80 V Peak niemals überschreiten. Geschwindigkeits- oder Positionsregelung wird empfohlen — Drehmomentregelung mit Feldschwächung kann zu unkontrollierter Beschleunigung führen.
Wie setzt SOMANET das um?
Auf SOMANET Antrieben wird Feldschwächung über das Torque Controller Object (0x2010, Subindizes 4–7) konfiguriert — per OBLAC Drives oder direkt über das Object Dictionary. Die Funktion ist auf allen SOMANET-Plattformen verfügbar, die PMSM-Motoren unterstützen.
Angesichts der Risiken empfiehlt Synapticon, vor dem Produktiveinsatz gründliche Tests mit aktivierten Sicherheitsfunktionen (SLS, SMS) durchzuführen.
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