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Anschlusstechnik Neue Wege in der IGBT-Ansteuerung

| Autor / Redakteur: Rainer Bussmann / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Leistungsstarke elektrische Antriebe werden über IGBT-Halbleiterelemente angesteuert, deren Anschluss zur notwendigen Isolation über Kunststofflichtwellenleiter realisiert wird. Harting geht neue Wege: elektrisch stecken – optisch übertragen.

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Die Drehzahlregelung in größeren Leistungsklassen von mehreren hundert kW wird mittels IGBT-Halbleitern realisiert.
Die Drehzahlregelung in größeren Leistungsklassen von mehreren hundert kW wird mittels IGBT-Halbleitern realisiert.
(Bild: ©hramovnick - stock.adobe.com)

Elektrische Motoren verschiedenster Leistungsklassen gehören zur modernen Gesellschaft wie Smartphones, das Internet und elektrisch gestützte Fortbewegung in der Bahn. Eingesetzt werden Motoren von einigen Watt bis zu mehreren kW und sogar MW. Die Steuerungstechnik dieser Motoren ist recht einfach, wenn sie bei konstanter Geschwindigkeit laufen oder eine geringe Leistungsaufnahme besitzen. In diesem Fall kann eine Ansteuerung auf herkömmlichem Wege erfolgen. Müssen sie jedoch in der Geschwindigkeit geregelt werden oder besitzen eine hohe Leistungsaufnahme, sieht die Sache anders aus.

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Vor- und Nachteile der IGBT-Halbleiter

Die Drehzahlregelung in den größeren Leistungsklassen von mehreren hundert kW, wie die Traktionskontrolle bei Zügen, Antriebsmotoren auf Schiffen oder E-Bussen, wird mittels IGBT-Halbleitern realisiert. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass mit einer sehr geringen Steuerleistung eine große Last geschaltet werden kann. Die Signale zur Ansteuerung der IGBTs werden, bedingt durch die hohen Isolations- und Spannungsanforderungen, mittels Kunststofflichtwellenleiter (POF) übertragen.

Die bisherige Anschlusstechnik der optischen Fasern nimmt relativ viel Platz ein und ist nicht besonders servicefreundlich. Für einen dreiphasigen Motor bedarf es durch redundante Auslegung der Ansteuerung alleine sechs Anschlüsse. Fällt nur einer davon aus, musste bisher das gesamte Steuermodul gewechselt werden. Dazu müssen sämtliche Fasern einzeln getrennt und neu angeschlossen werden. Das Risiko von Beschädigungen oder falschem Anschluss der Fasern ist dabei recht hoch. Harting zeigt nun auf, wie die POF-Übertragungsstrecke wesentlich kompakter und modularer neugestaltet werden kann.

Elektrisch stecken, optisch übertragen

Der Fokus liegt dabei auf einfacherer Installation, Zeitersparnis im Servicefall und der Verwendung von Active-Optical-Cables (AOC), die ein optisches Stecken überflüssig machen. Die Vorteile durch „elektrisch stecken und optisch übertragen“ können insbesondere im industriellen Umfeld optimal genutzt werden. In AOC werden die einzelnen Fasern in einem robusten DIN-Gehäuse gebündelt, das gleichzeitig auch die Transceiver für die Wandlung der optischen in elektrische Signale enthält. Das Gehäuse erfüllt die erhöhten Anforderungen von Bahn und Industrie bezüglich Robustheit und EMV.

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Es bietet die Möglichkeit, die Kabel gerade oder gewinkelt zu führen und integriert dabei einen optimalen Knickschutz und Zugentlastung für die Fasern. Nimmt man beispielhaft ein Board mit 16 Anschlüssen, hat das AOC eine Platzersparnis von 40 % und man muss für den sicheren Anschluss nur einen Stecker verbinden. Dabei werden die optischen Fasern nicht geöffnet und können auch nicht vertauscht werden.

Kostengünstige und schnelle Wartung

Ist trotzdem mal ein Kabel defekt, kann das DIN-Gehäuse geöffnet und das defekte Kabel einzeln getauscht werden. Sollte ein Anschluss für eine optische Faser defekt sein, kann man nun einfach das günstige Cable-Assembly tauschen und muss nicht, wie bisher, das gesamte kostspielige Modul aufwendig tauschen.

Im Gegensatz zur bisherigen Lösung, sind die optischen Anschlüsse auf der Platine des AOC reflow-lötfähig und können damit automatisiert bestückt werden. Der Mehrwert für den Kunden liegt auf der Hand: Die Harting-Lösung ist kleiner, robuster, sicherer in der Handhabung und deutlich schneller und günstiger im Servicefall. Im Gesamtkontext gesehen erhält der Kunde eine Lösung, die nicht nur zuverlässiger, sondern insgesamt über die Lebensdauer auch deutlich kostengünstiger ist. (sh)

SPS IPC Drives 2017: Halle 10.0, Stand 140

* Rainer Bussmann ist Produktmanager bei der HARTING Technologiegruppe in Espelkamp

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