Neue Wege in der IGBT Ansteuerung: Elektrisch stecken und optisch übertragen

Für fast alle Arten industrieller Antriebstechnik werden Elektromotoren mit bis zu mehreren kW und sogar MW Leistungsaufnahme eingesetzt. Bei konstanten Geschwindigkeiten ist deren Steuerungstechnik recht einfach. Jedoch ist es oftmals notwendig, die Drehzahl der Motoren zu regeln, womit das Ganze aber auch direkt komplizierter wird.

Die Drehzahlregelung in den größeren Leistungsklassen wird mit IGBT-Halbleitern realisiert. Diese können große Lasten mit sehr geringen Steuerleistungen schalten. Die notwendigen Signale zur IGBT-Ansteuerung werden mit Kunststofflichtwellenleitern (POF) übertragen, da sehr hohe Isolations- und Spannungsanforderungen zu erfüllen sind. Dabei realisieren die POF-Fasern eine störungsfreie und galvanisch getrennte Signalübertragung.

Die bisherige Verbindung zwischen Controller- und Driverboard, sprich Steuerungs- und Motorenseite, wurde durch einzelne Fasern hergestellt. In den Transceivern der Leiterkarte erfolgt die elektro-optische Umwandlung der Signale, wobei optische Kontakte die Verbindung zu den Fasern herstellen. Jede optische Faser besitzt sowohl auf dem Driver- als auch auf dem Controllerboard einen einzelnen Anschluss, in dem sich die Transceiver befinden. Mit dieser bisherigen Lösung benötigen alle Sende- und Empfangselemente auf dem Controllerboard viel Platz, was das Board unnötig Groß macht.

Ein weiteres Manko ist die zwangsläufig richtige Positionierung der diversen POF-Fasern im Servicefall oder während der Installation, um die einzelne Verbindung zwischen Driver- und Controllerboard sicherzustellen. Diese Zuordnung muss aufmerksam durchgeführt werden und erfordert eine gewisse Sorgfalt und Zeit. Sender und Empfänger dürfen für den korrekten Betrieb nicht vertauscht werden. Um die Qualität der Faserstirnflächen zu garantieren, setzt man vorkonfektionierte Kabel ein, die auch vor Ort individuell vom Kunden montiert werden können.

Die üblicherweise verwendeten optischen Elemente sind für den industriellen Einsatz mit erweiterten Temperaturbereichen und erhöhten Vibrationen entwickelt, bieten aber nur eine einfache Zugentlastung für die Fasern. Wichtig ist zudem, dass die optische Schnittstelle konsequent vor Schmutz geschützt wird, im ungesteckten Zustand sind sogar Schutzklappen erforderlich. Sauberkeit und der richtige Anschluss sind die Hauptanforderungen – und das bei z.T. zahlreichen Anschlüssen. Das ist teuer und serviceunfreundlich, insbesondere wenn ein Teil dieser Übertragungseinheit im Betrieb Schaden nimmt und das gesamte Board ausgetauscht werden muss.

Lösung für die Automatisierung

Um diese Probleme zu lösen, hat HARTING ein Übertragungsprinzip entwickelt, das die Verlagerung der Transceiver des Controllerboards in ein steckbares Modul beinhaltet und auf diese Art und Weise die optische Schnittstelle nach dem Prinzip „elektrisch stecken und optisch übertragen“ integriert.

Für das elektrische Stecken und als Systemgehäuse verwendet HARTING Lösungen aus der Han-Eco^® 10A-Baureihe in der Automation. Das Han^®-Gehäuse erfüllt die gestiegenen Anforderungen des Automatisierungsmarktes und integriert einen optimalen Knickschutz und Zugentlastung für die Fasern. Zudem kann die Leiterkarte im Han®-Gehäuse bei Bedarf Serienwiderstände und Abstützkondensatoren aufnehmen, um die optischen Elemente fehlerfrei anzusteuern und Störungen auszuschließen. Die elektrischen Kontakte des elektrisch verbindenden D-Sub Steckgesichts widerstehen auch dem Verschleiß durch Mikrovibrationen und gröberen Erschütterungen.

Weitere Informationen finden Sie hier: https://www.sps.harting.com/