Permanentmagnet-Synchronmotor

Ein Permanentmagnet-Synchronmotor ist eine Kombination aus einem Induktionsmotor/Asychronmotor und einem bürstenlosen Gleichstrommotor. Wie ein bürstenloser Gleichstrommotor weist er einen Permanentmagnetrotor und Spulen auf dem Stator auf. Der Statoraufbau mit Spulen soll jedoch eine sinusförmige Flussdichte im Luftspalt der Maschine erzeugen, die der eines Induktionsmotors ähnelt. Die Leistungsdichte eines Permanentmagnet-Synchronmotors ist höher als die von Induktionsmotoren mit der gleichen Nennstromstärke, da zur Erzeugung des Magnetfeldes kein Statorstrom verwendet wird.

Heutzutage werden diese Motoren nicht nur mit höherer Leistung entwickelt, sondern sie sind auch leichter und besitzen ein geringeres Trägheitsmoment.

Hauptmerkmale eines Permanentmagnet-Synchronmotors sind:

• Eng mit dem bürstenlosen Gleichstrommotor verwandt
• Permanentmagnetrotor und Spulen auf dem Stator
• Sinusförmige Wellenform der gegenelektromotorischen Kraft (Gegen-EMK) der Spulen
• Regelung durch sinusförmige Wellenformen: entspricht der Wellenform der Gegen-EMK der jeweiligen Spule

Die EconoPIM™-Module (Dreiphasen-IGBT-Module) von Infineon bieten integrierte Lösungen für Gleichrichtersysteme in industriellen Antriebsanwendungen und Universalantrieben an. In diesen Produkten sind eine Gleichrichterbrücke, ein Brems-Chopper und eine Umrichterstufe integriert.

Hauptmerkmale:

• Lösung in einem einzigen Package: Gleichrichterbrücke, Brems-Chopper, Umrichterstufe und NTC
• Kundenspezifisch anpassbare Packages: Pin-Positionen und Topologie können an die individuellen Spezifikationen des Kunden angepasst werden.
• Unterstützung Ihrer Plattformstrategie: Verschiedene Topologien, Spannungen (600 V-1700 V) und Ströme (15 A-150 A) werden abgedeckt.
• Kompaktes Umrichter-Design: Erhöhte Leistungsdichte, die auf der Technologie des Trenchstop™ IGBT4 basiert, Betriebstemperatur T_vjop = 150°C
• Verringerung der Montagezeit/-kosten: Die Haupt- und Hilfsanschlüsse werden mit der PressFit-Technik durch Einpressen montiert. Dadurch reduziert sich der Montageaufwand enorm.

Starten Sie Ihre Innovation jetzt, und simulieren Sie Ihr Design online. Hier finden Sie einen Überblick über die verfügbaren IGBT-Module.

Entsprechend Ihren Anforderungen hinsichtlich Integrationsgrad und Leistung bietet Infineon Ihnen eine Vielzahl von IPMs (intelligenten Leistungsmodulen). Dabei sind zahlreiche Package-Optionen verfügbar, und sie decken einen großen Bereich an Spannungs- und Stromklassen ab. Die CIPOS™ IPMs gehören zu Produktfamilien von hoch integrierten, kompakten Leistungsmodulen für den Antrieb von Elektromotoren in einer Reihe von Anwendungen, von Haushaltsgeräten bis zu Lüftern, Ventilatoren, Pumpen und Universalantrieben.

Bei den intelligenten Leistungsmodulen kommen die leistungsfähigen IGBTs, MOSFETs und Gate-Treiber-ICs der nächsten Generation von Infineon und moderne technologische Lösungen aus der Thermomechanik zum Einsatz. Die Module verbessern die Systemleistung und die Energieeffizienz, indem sie für erhöhte Leistungsdichte, verbesserte Systemrobustheit und Zuverlässigkeit sorgen.

Die Produktfamilie CIPOS™ Maxi IM818 bietet die Möglichkeit, verschiedene Leistungs- und Regelungskomponenten zu integrieren. Dies erhöht die Zuverlässigkeit, optimiert die Leiterplattengröße und senkt die Systemkosten. Die Leistungsmodule dieser Produktfamilie sind zur Regelung von Drehstrommotoren und Permamentmagnetmotoren in Antriebsanwendungen mit variabler Drehzahl ausgelegt. Zu diesen Anwendungen gehören stromsparende Motorantriebe, wie z. B. industrielle Allzweckantriebe (GPI) und Servo-Antriebe, Pumpen, Lüfterantriebe und aktive Filter für HLK-Anlagen (Heizung, Lüftung und Klimaanlagen). Das Produktkonzept ist speziell auf Leistungsanwendungen abgestimmt, die ein gutes Wärmeverhalten und gute elektrische Isolierung sowie eine EMI-Schutzsteuerung und einen Überlastschutz erfordern.
Durch die Kombination von Dreiphasen-Umrichtern mit 1200-V-TRENCHSTOP™-IGBTs und emittergesteuerten Dioden mit einem optimierten Sechskanal-SOI-Gate-Treiber wird eine ausgezeichnete elektrische Performance gewährleistet.

Hier erfahren Sie mehr über die intelligenten Dreiphasen-Leistungsmodule von Infineon

Für Hilfsstromversorgungssysteme wird eine Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom mit hohem Wirkungsgrad und hoher Leistungsdichte benötigt. Dies bedeutet, dass bei Hochfrequenzdesigns die Größe von magnetischen und anderen passiven Komponenten reduziert werden muss. Der XDPS21071 ist ein Multi-Modus-Controller mit einer integrierten Hochspannungs-Anlaufschaltung, die im DCM-Betrieb mit adaptiver CS-Kompensation arbeiten kann. Die Anlaufschaltung bewirkt eine effizientere und flexiblere IC-Stromversorgung im Leerlaufbetrieb.

Der Nano-DSP im Controller fungiert als „Gehirn“ des Chips. Dadurch ist der Controller viel intelligenter als herkömmliche Mixed-Signal-Hardware-Module. Die digitalen und analogen Peripheriemodule des XPDS21071 unterstützen eine Vielzahl von Signalabtastungs- und -vorverarbeitungsfunktionen, wodurch dieser Controller ideal für den Flyback-Betrieb geeignet ist. Integriert sind ZVS, FRM (Frequenzreduktionsmodus) und BM (Burst-Modus), um während der gesamten Spannungs- und Lastregelung stets einen optimalen Wirkungsgrad zu gewährleisten. Zusätzlich ist ein OTP-Speicher integriert, um eine Vielzahl von programmierbaren Parametern zur Vereinfachung der Design-In-Phase bereitzustellen. Anders als Mixed-Signal-Peers, die eine große Anzahl von Netzwerken aus externen Widerständen und Kondensatoren zur Einstellung von Parametern benötigen, vereinfachen digital konfigurierbare Pins die Stückliste und das Leiterplatten-Layout des Systems.

Informieren Sie sich über die neuen Hochleistungs-Flyback-Controller-ICs von Infineon

Die feldorientierte Regelung (FOC) ist ein Verfahren zur Motorregelung, bei dem dreiphasige, sinusförmige Signale erzeugt werden, deren Frequenz und Amplitude problemlos geregelt werden können. Dadurch wird der Strom minimiert und folglich der Wirkungsgrad optimiert. Der Grundgedanke besteht darin, dreiphasige, abgetastete Stromsignale in zwei rotorfeste Signale umzuwandeln und umgekehrt. Im rotorfesten Bezugssystem können die Ströme als stationäre Werte behandelt werden, für die eine einfache Regelung möglich ist. Durch Verwendung der inversen Vektordrehung können die vom Regler erzeugten Referenzspannungen auf einen Drehvektor im Stator-Bezugssystem angewendet werden. Die Transformation eines Dreiphasensystems in ein Zweiphasensystem heißt Clarke-Transformation, während die Transformation eines stationären in ein drehendes Zweiphasensystem als Park-Transformation bezeichnet wird. Der Grundgedanke besteht darin, dreiphasige, abgetastete Stromsignale in zwei rotorfeste Signale umzuwandeln und umgekehrt. Im rotorfesten Bezugssystem können die Ströme als stationäre Werte behandelt werden, für die eine einfache Regelung möglich ist. Durch Verwendung der inversen Vektordrehung können die vom Regler erzeugten Referenzspannungen auf einen Drehvektor im Stator-Bezugssystem angewendet werden. Die Transformation eines Dreiphasensystems in ein Zweiphasensystem heißt Clarke-Transformation, während die Transformation eines stationären in ein drehendes Zweiphasensystem als Park-Transformation bezeichnet wird.

Bei der FOC ist eine Rückmeldung der Rotorposition und der Rotordrehzahl erforderlich. Die Rückmeldung kann über eine sensorlose FOC oder eine sensorgestützte FOC erfolgen.

• Die sensorlose FOC leitet die Rotorposition und die Rotordrehzahl von einem Motormodell, der an den Motorphasen anliegenden Spannung und dem Strom in den drei Motorphasen ab.
• Die sensorgestützte FOC ermittelt die Rotorposition und die Rotordrehzahl anhand von Rotorsensoren, wie etwa Hall-Gebern, oder über ein Messsystem.

Die Rückmeldung bei den Phasenströmen kann in der Motorphase, im Leg-Shunt oder im Zwischenkreis-Shunt am Low-Side-MOSFET gemessen werden.

Die XMC™-Mikrocontroller-Produktfamilie bietet den perfekten Controller für verschiedene Motorarten, wie etwa Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM), bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC), Asynchon- bzw. Induktionsmotoren (ACIM), Servomotoren und Gleichstrom-Bürstenmotoren. Unsere kostenlose und benutzerfreundliche integrierte Entwicklungsumgebung DAVE™ umfasst eine große Anzahl von vordefinierten, getesteten und konfigurierbaren Software-Bausteinen, die so genannten DAVE™-APPs. Damit können Sie spezifische Anwendungen planen und konstruieren, Prototypen schnell erstellen und weitere Anwendungen entwickeln.

In dieser App für die XMC1000 -Software erfolgt die Messung des Phasenstroms über den Leg-Shunt oder den Zwischenkreis-Shunt.

Zahlreiche Innovationen von Infineon und deren einzigartige Merkmale sind in der Software für die sensorlose PMSM-FOC enthalten. Hierzu gehören:

• Optimierte FOC (keine inverse Park-Transformation, äußerst niedrige Kosten, da keine externen Operationsverstärker erforderlich sind)
• Raumzeigermodulation (RZM) mit Pseudo-Nullvektoren (PNV) zum Messen von Strom über einen Einzel-Shunt
• MET (Maximum Efficiency Tracking) für einen ruhigen Übergang vom offenen U/f-Regelkreis in den geschlossenen FOC-Regelkreis
• PLL Estimator (Phasenregelschleifen-Schätzfunktion): Dies ist ein sensorloser Regelmechanismus, der nur einen einzigen Motorparameter benötigt, nämlich die Statorinduktivität L, um die Rotordrehzahl und die Rückmeldung der Rotorposition zu ermitteln. (Zur Ermittlung der Rotordrehzahl und der Positionsrückmeldung des Motors wird die PLL Estimator-Softwarebibliothek genutzt. Diese Bibliothek enthält patentiertes geistiges Eigentum von Infineon. Sie wird als kompilierte Datei libPLL_Estimator.a zur Verfügung gestellt.)

Die IGBT-Gate-Treiber von Infineon sind mit grundlegenden Steuerungs- und Schutzfunktionen für das einfache Design von besonders zuverlässigen Systemen ausgestattet. Die integrierte galvanische Isolierung zwischen der Steuereingangslogik und der Antriebsausgangsstufe bietet zusätzliche Sicherheit. Dank des breiten Eingangsspannungsversorgungsbereichs wird der direkte Anschluss unterschiedlicher Signalquellen wie etwa DSPs und Mikrocontroller unterstützt.

Die getrennten Rail-to-Rail-Treiberausgänge erleichtern die Auswahl von Gate-Widerständen, machen eine externe Bypass-Diode für hohe Ströme überflüssig und verbessern die dv/dt-Regelung. Aktive Abschaltfunktionen gewährleisten einen sicheren Ausschaltzustand des IGBT, wenn der Ausgangs-Chip nicht mit der Stromversorgung verbunden ist oder wenn eine Unterspannungsabschaltung vorliegt. Duale IGBT-Treiber-ICs weisen galvanisch isolierte, zweikanalige IGBT-Treiber auf und können auch zum Ansteuern von Leistungs-MOSFETs verwendet werden. In einem Package sind zwei vollständig voneinander unabhängige Treiberausgänge mit einer Stromkapazität von typischerweise 2 A vorgesehen. Die Logik-Pins sind mit 5-V-CMOS-Bausteinen kompatibel und können direkt an einen Mikrocontroller angeschlossen werden. Der Datentransfer durch die galvanische Isolierung hindurch wird mit Hilfe der integrierten kernlosen Transformatortechnologie (Coreless Transformer Technology) realisiert.

Diese Produkte punkten mit mehreren Schutzfunktionen wie etwa IGBT-Entsättigungsschutz, aktivem Miller-Clamping und aktiver Abschaltung. Clamping zum Schutz vor Kurzschluss: Während eines Kurzschlusses neigt die Gate-Spannung eines IGBT dazu, aufgrund der Rückkopplung durch den Miller-Effekt anzusteigen. Eine zusätzliche Schutzschaltung, die mit OUT+ verbunden ist, begrenzt diese Spannung auf einen Wert, der geringfügig höher als die Versorgungsspannung ist. Sie suchen den passenden Gate-Treiber für Ihre spezielle Synchronmotor-Regelungslösung? Verschaffen Sie sich hier einen Überblick über die Gate-Treiber-ICs von Infineon für MOSFETs, IGBTs, SiC MOSFETs sowie GaN- und HEMT-Transistoren.

IPOSIM (EN)

Diskreter IGBT-Motor-Antriebssimulator (EN)

IPM 3-Phasen-Umrichtersimulator (EN)

Lerninhalte:

• Grundlagen der Technologie, die im neuen Stromsensor TLI4971 von Infineon zum Einsatz kommt
• Wichtigste Merkmale, Vorteile und Nutzen

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