LEISTUNGSELEKTRONIK
Schaltschränke
Bei einem zentralen Aufbau der Antriebssteuerungen werden die Steuerungskomponenten mehrerer Antriebe in in jeweils einem Schaltschrank untergebracht. Dazu gehören in erster Linie
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Hauptschalter mit allpoliger Ausschaltung,
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Sicherungen,
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Transformatoren und Netzteile,
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Schütz- und Relais-Sicherheitssteuerungen,
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Stell- und Regelungsglieder für die Elektromotoren,
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Antriebsrechner.
Die Schaltschränke werden aus Stahlblech gefertigt. Sie sind mit einer Steckdose und einer Innenbeleuchtung ausgestattet. Die Versorgungen der Steckdose und der Innenbeleuchtung erfolgen unabhängig vom Hauptschalter.
Die Anzahl der benötigten Schaltschränke ist primär von dem Leistungsbedarf der einzelnen Motoren abhängig.
Schaltboxen
Schaltboxen werden dezentral direkt an den Antrieben angebracht. Sie enthalten alle Schalt- und Rechnerfunktionen für einen Antrieb. Damit ersetzen sie die Klemmenkästen, die im Falle eines zentralen Steuerungsaufbaus mit Schaltschränken unbedingt benötigt werden.
Stell- und Regelungsglieder für Elektromotoren
Je nach Antriebsart werden die folgenden Stell- und Regelungsglieder eingesetzt:
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netzgeführte Stromrichter für Gleichstrommotoren,
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Pulsumrichter für Synchron- und Asynchronmotoren,
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Frequenzumrichter für Asynchronmotoren.
In bestehenden Anlagen sind häufig noch Gleichstrommotoren vorhanden. Zahlreiche Untersuchungen an deren Bürsten und Kollektoren haben gezeigt, daß im typischen Theaterbetrieb kein nennenswerter Verschleiß auftritt. Die meisten Motoren können aufgrund ihrer geringen Laufzeiten noch lange risikolos genutzt werden. Die früher häufig eingesetzten Servo-Verstärker werden nicht mehr gebaut und von den Herstellern meist auch nicht mehr gewartet. Es kann jedoch auf netzgeführte Stromrichter zurückgegriffen werden. Der Nachteil dieser Geräte liegt darin, daß sie in den Motoren ein lautes 300-Hertz-Netzbrummen erzeugen. Mit entsprechenden Filtern kann das Brummen jedoch drastisch abgeschwächt werden. Die mit Stromrichtern erzielbare Regelgüte ist zwar schlechter als diejenige, die mit Servo-Verstärkern erreicht wurde, aber für den Einsatz in der Bühnentechnik ist sie durchaus zufriedenstellend.
Moderne Pulsumrichter sind für Synchron- und Asynchronmotoren gleichermaßen geeignet. Mit derselben Hardware können beide Motorarten betrieben werden. Der Unterschied liegt allein in der Software. In beiden Fällen sind ruckfrei durchfahrbare Drehzahlregelbereiche von mindestens 1:1.000 erreichbar.
Sowohl mit Stromrichtern als auch mit Pulsumrichtern können die dazugehörenden Antriebe auch im Stillstand ihr Nennmoment aufbringen. Das ist besonders wichtig für extreme Langsamfahrten, wie sie z.B. bei zeitsynchronen Fahrten auftreten können. Voraussetzung ist ein drehzahlgeregelter Betrieb mit Tachorückführung.
Klassische Frequenzumrichter, die mit sinusförmigen Motorströmen arbeiten, werden zum Betrieb von Asynchronmotoren kaum noch eingesetzt. Sie ermöglichen selbst mit einer Tachorückführung nur einen eingeschränkten Drehzahl-Stellbereich. Das Hauptproblem liegt darin, daß sie mit ihrem Nennstrom nur einen Frequenzbereich von üblicherweise 2 bis 50 Hz abdecken. Um den Motor auf seine Mindestdrehzahl zu beschleunigen, sind erhebliche Überströme erforderlich, so daß für einen störungsfreien Betrieb eine signifikante Überdimensionierung erforderlich ist.
Der Vorteil dieser Frequenzumrichter liegt darin, daß sie wegen der sinusförmigen Motorströme für den Betrieb mit Standard-Asynchronmotoren geeignet sind, deren Wicklungen meist nicht für den Pulsumrichterbetrieb ausgelegt sind.
Schütz- und Relaissteuerung
Mit Hilfe der Schütz- und Relaissteuerung wird die grundlegende Sicherheit des Steuerungssystems erreicht.
Einspeisung
Die Steuerungsanlagen der Antriebsmaschinerien werden über zentrale Leistungseinspeisungen mit den folgenden Haupt-Komponenten mit Strom versorgt:
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Leistungshauptschalter, manuell oder mit Motorantrieb zur Fernbetätigung,
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Überlast- und Kurzschlußschnellauslöser,
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Unterspannungsauslösung,
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Überspannungsschutz,
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Leistungsverteilung mit Abgängen und Absicherungen,
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Drehstrom-Meßsystem zur Anzeige der Spannungen und Ströme.