"Elektrische Antriebstechnik". -Leipzig 2000: B.G.Teubner Stuttgart. - 401 Seiten, 269 - 272 Seiten
Aufgaben und Funktionsgruppen geregelter elektrischer Antriebssysteme
Professor Dr.-Ing. habil. Ulrich Reifenstahl (Otto-von-Guericke-Universitat Mardeburg)
Die fortschreitende Automatisierung der Arbeitsmaschinen und technologischen Anlagen sowie die Forderung nach Verbesserung der Fertigungsverfahren und der Produkt-eigenschaften erhöhen ständig die Anforderungen an die Steuerung der Bewegungsabläufe und an die elektromechanische Energiewandlung in den Antriebssystemen. Fertigungsanlagen benötigen häufig komplizierte Bewegungsabläufe, die mechanische Systeme allein oft nur mit großem Aufwand realisieren können. Geregelte elektrische Antriebe mit einer geeigneten Rechnersteuerung können dagegen diese Bewegungsabläufe meist sehr viel flexibler und kostengunstiger ausführen. Drehzahlstellbare Mehr-motoren-Antriebssysteme verdrängen daher zunehmend Ein-Motorenantriebe mit aufwendigen mechanischen Übertragungssystemen. Anstelle des mechanischen Systems muß dann jedoch die Steuer- und Regeleinrichtung der Antriebsanlage die erforderliche Verkopplung und Gleichlaufsicherung der einzelnen Bewegungsachsen mit einer hohen Genauigkeit sichern.
Die Qualitätsanforderungen an die Bewegungsabläufe lassen sich häufig nur mit geregelten elektrischen Antrieben realisieren, deren Zustandsgrößen Drehmoment, Drehzahl, Drehwinkel usw. von einem Sollwertgeber über eine Regeleinrichtung kontinuierlich mit einer hohen Genauigkeit und einem sehr geringen dynamischen Fehler geführt werden können. Diese Entwicklung hat in den letzten Jahren im gesamten Leistungsbereich der elektrischen Maschinen zu einem stark anwachsenden Bedarf an drehzahl-, drehmomenten- und lagegeregelten Antrieben geführt. Diese Antriebssysteme benötigen daher neben den bereits in Kapitel 4 vorgestellten Funktionsgruppen des binär gesteuerten Antriebssystems zusätzlich leistungselektronische Stellglieder fur die kontinuierliche bzw. quasikontinuierliche Stellung der elektrischen Energie sowie eine Meß- und Regeleinrichtung zur Einprägung der elektrischen und mechanischen Regelgrößen des Antriebs. Das Bild 6.1 zeigt die Blockstruktur eines geregelten Antriebssystems.
Bild 1 – Blockstruktur eines geregelten elektrischen Antriebssystems
Neben den Kennwerten der elektrischen Maschinen und leistungselektronischen Stellglieder bestimmt die Steuer- und Regeleinrichtung entscheidend das Kennlinienverhalten, die Übergangsvorgänge und die Qualitätsmerkmale des geregelten Antriebssystems. Die Hauptregelgrößen sind i.a. Strom, Spannung, Drehzahl und Drehwinkel. Sie können mit Meßwertgebern direkt im Stellglied oder am Motor problemlos, kostengünstig und mit einer hohen Dynamik erfaßt werden. Das Drehmoment und der magnetische Fluß im Motor sind dagegen nur mit größerem Aufwand meßbar. Sie werden deshalb meist über mathematische Modelle aus den Meßgrößen des Antriebs berechnet.
Die Meß- und Regelgrößen elektrischer Antriebe eignen sich häufig auch gut für die technologische Steuerung und Überwachung der Maschinen und Anlagen, z.B. zur Zugkraft-, Gleichlauf- und Lastausgleichsregelung, Schnittkraftüberwachung, Überlastsicherung usw.. Spezielle technologische Meßwertgeber konnen deshalb häufig hier entfallen.
Die Steuer- und Regeleinrichtung soil die unmittelbaren elektrischen und mechanischen Regelgrößen des Antriebes (Strom, Fluß, Drehmoment, Drehzahl und Drehwinkel) sowie die technologischen Regelgrößen der Arbeitsmaschine möglichst gut führen können. Die Regeleinrichtung für die unmittelbaren Regelgrößen des Antriebs ist abhängig vom Motor und vom venwendeten leistungselektronischen Stellglied. Sie ist bei Antrieben im unteren und mittleren Leistungsbereich im Stromrichtergerät mit untergebracht und wird daher häufig auch als stromrichternahe Regeleinrichtung bezeichnet. Sie gewährleistet eine hohe statische Genauigkeit, ein gutes dynamisches Verhalten und
eine gute Steuerbarkeit der Antriebsachsen. Darüber hinaus schützt sie die Antriebsanlage, insbesondere die leistungselektronischen Stellglieder, den Motor und das mechanische Übertragungssystem, wirksam vor betriebsmafiigen thermischen und mechanischen Überlastungen.
Die technologische Regelemrichtung eines Antriebs muß i.a. abgestimmt auf die Arbeitsmaschine problemspezifisch ausgelegt werden. Wichtige Aufgaben dieser technologischen Antriebsregelung sind z.B.:
Bild 2 – Blockschaltbild der Regeleinrichtung eines Drehstromstellantriebs mit einer permanent erregten Synchronmaschine und einem Pulsumrichter mit Gleichspannungszwischenkreis
Die Regeleinrichtung enthält einen Sollwertrechner und eine Lageregelung als Kaskadenregelung. Der äußeren Regelschleife für die Lage sind eine Drehzahlregelung und Regelkreise für die Ständerströme unterlagert. Die Ständerstromregelung in Drehstromantrieben ist eine sehr aufwendige Funktionsgruppe. Sie prägt über den lastseitigen Pulsstromrichter SR2 und abhängig von der Rotorstellung 
die Ständerstrome so als ein sinusförmiges Drehstromsystem ein, daß die Maschine das gewünschte Drehmoment während des Positioniervorganges entwickelt. Eine Spannungsregelung mit unterlagerter Stromregelung führt über den netzseitigen Pulsstromrichter SR1 die Zwischenkreisspannung 
sowie die Amplitude und die Phasenlage der Netzstrome 
. Über ein Kommunikationsinterface ist die Steuer- und Regeleinrichtung des Stellantriebs mit der übergeordneten Automatisierungsanlage verbunden. Die Meßwerterfassung enthält Strom- und Spannungswandler sowie einen inkrementalen Impulsgeber (IGR) für die Drehzahl- und Drehwinkelmessung.
Bei größeren Antriebsanlagen sind die Stromrichterstellglieder sowie die Steuer- und Regeleinrichtung modular ausgeführt und in einem separaten Schrank untergebracht. Als Automatisierungsanlage des Antriebs stehen häufig universelle leistungsfähige Mehrprozessornetzwerke und komfortable Steuer- und Regelverfahren mit einer graphischen Bedienoberfläche für die Programmierung, Parametrierung, Inbetriebnahme und Testung zur Verfügung. Das Bild 6.3 zeigt die Automatisierungsanlage eines Antriebs großer Leistung.
Bild 3 – Funktionsgruppen der Automatisierungsanlage eines Antriebs großer Leistung
In die Automatisierungsanlage integrierte Industriecomputer (IPC) mit Kommunikationsschnittstellen zu geeigneten Datennetze erlauben häufig eine Ferninbetriebnahme, -überwachung und -diagnose der Antriebsanlage durch den Anlagenentwickler.