Warum funktionieren SMS, SLS und SS1 nicht mit PM-Motoren im Open-Loop-Betrieb?
Die Sicherheitsfunktionen SMS (Safe Maximum Speed), SLS (Safely Limited Speed) und SS1 (Safe Stop 1) erfordern eine zuverlässige und sicherheitsgerichtete Erfassung bzw. Überwachung der Motordrehzahl.
Bei Synchronmotoren mit Permanentmagneten (PMSM) im Open-Loop-Betrieb, also ohne Drehgeber oder andere Rückführung,
wird die Drehzahl durch den Umrichter lediglich geschätzt.
Diese Drehzahlschätzung ist jedoch insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und/oder geringer Motorlast nicht ausreichend genau, um die Anforderungen einer sicherheitsgerichteten Funktion zu erfüllen.
Technischer Hintergrund
Die Drehzahlschätzung basiert auf den von den Stromsensoren gemessenen Motorströmen. Sie erfolgt nicht über die Gegen-EMK (Back-EMF) des Motors.
Bei einem PMSM wird der magnetische Fluss bereits durch die Permanentmagnete erzeugt.
Dadurch benötigt der Motor bei geringer oder fehlender Last nur einen sehr kleinen Statorstrom.
In diesem Betriebsbereich können die gemessenen Ströme gegen Null gehen.
Da die Drehzahlschätzung auf diesen Stromwerten basiert, stehen dem Umrichter in solchen Situationen nicht genügend Informationen zur Verfügung,
um die tatsächliche Motordrehzahl ausreichend präzise zu bestimmen. Die ermittelte Drehzahl kann daher von der realen Drehzahl abweichen.
Auswirkungen auf die Sicherheitsfunktionen
Da die Sicherheitsfunktionen SMS, SLS und SS1 eine verlässliche Drehzahlüberwachung voraussetzen, können sie für PMSM-Motoren im Open-Loop-Betrieb nicht sicher validiert werden.
Deshalb werden diese Funktionen in dieser Betriebsart nicht freigegeben.
Die einzige integrierte Sicherheitsfunktion, die unabhängig von einer Drehzahlschätzung arbeitet, ist STO (Safe Torque Off). STO bleibt daher auch beim Betrieb eines PMSM-Motors ohne Rückführung verfügbar.
Zusammenfassung
- PMSM-Motoren im Open-Loop-Betrieb verfügen über keine direkte Drehzahlrückführung.
- Die Drehzahl wird anhand der gemessenen Motorströme geschätzt.
- Bei niedriger Last oder niedriger Drehzahl sind die Motorströme sehr klein.
- Dadurch wird die Drehzahlschätzung ungenau.
- Sicherheitsfunktionen wie SMS, SLS und SS1 können deshalb nicht sicher validiert werden.
- STO ist davon nicht betroffen und bleibt verfügbar.