Optimierte Motorregelung für industrielle Antriebssysteme

Technik für dynamische Anwendungen, hohe Laufruhe und stabile Lastwechsel

Eine optimierte Motorregelung entscheidet in industriellen Anwendungen über weit mehr als die Drehzahl. Sie beeinflusst Laufruhe, Energieeffizienz, Geräuschentwicklung und Prozesssicherheit. Gerade bei Schrittmotoren und BLDC-Motoren zeigen sich Schwächen besonders deutlich bei Lastwechseln, Resonanzen oder thermischer Überlastung.

Dieser Fachartikel zeigt praxisnah, wie moderne Motorregelung funktioniert, welche Regelstrategien sich bewährt haben – und wo ihre physikalischen Grenzen liegen.

Ziel moderner Motorregelung in der Industrie

Das Ziel moderner Motorregelung ist klar definiert:
Elektrische Energie soll verlustarm, reproduzierbar und stabil in mechanische Bewegung umgesetzt werden – auch bei wechselnden Lasten und anspruchsvollen Umgebungsbedingungen.

Im Fokus stehen dabei:

  • stabile Motorregelung bei Lastwechseln

  • konstantes Drehmoment ohne Schrittverluste

  • reduzierte Motorgeräusche und Vibrationen

  • geringere Erwärmung von Motor und Elektronik

  • hohe Energieeffizienz im Teillastbetrieb

Besonders bei industrieller Motorregelung entscheidet die Qualität der Regelung darüber, ob ein Antrieb dauerhaft zuverlässig arbeitet – oder im Feld Probleme verursacht.

 

Strategien zur Optimierung der Motorregelung

1. Stromregelung nach dem Chopper-Prinzip

Die Chopper-Stromregelung ist heute Standard in der Schrittmotorregelung. Der Motorstrom wird über PWM (Pulsweitenmodulation) geregelt und bleibt auch bei Spannungs- oder Lastschwankungen konstant.

Vorteile dieser Regelstrategie:

  • gleichmäßiges Drehmoment über den gesamten Drehzahlbereich

  • geringere Motorerwärmung

  • verbesserte Energieeffizienz

  • Voraussetzung für Mikrostepping und ruhigen Lauf

Gerade bei Anwendungen, bei denen ein Schrittmotor bei Lastwechseln instabil wird oder Schritte verliert, ist eine sauber ausgelegte Stromregelung entscheidend.

 

2. Mikrostepping zur Reduzierung von Resonanzen

Mechanische Resonanzen gehören zu den häufigsten Problemen bei Schrittmotoren. Eine fein aufgelöste Mikrostepping-Regelung reduziert Drehmomentsprünge und verbessert die Laufruhe deutlich.

Typische Effekte:

  • geringere Geräuschentwicklung

  • reduzierte Schwingungen

  • bessere Positioniergenauigkeit

  • stabileres Verhalten bei niedrigen Drehzahlen

Damit lassen sich typische Probleme wie
„Schrittmotor läuft unrund“ oder
„Schrittmotor Resonanzen vermeiden“ gezielt adressieren.

 

3. Sensorlose Motorregelung bei BLDC- und EC-Motoren

Bei BLDC- und EC-Motoren kommt häufig eine sensorlose Motorregelung zum Einsatz. Die Position des Rotors wird dabei aus der Gegen-EMK (Back-EMF) der Wicklungen berechnet.

Vorteile der sensorlosen Regelung:

  • kein Encoder oder Hallsensor notwendig

  • geringerer Bauraum und niedrigere Systemkosten

  • hohe Robustheit in rauen Industrieumgebungen

  • wartungsfreier Dauerbetrieb

Gerade bei Anwendungen mit mittleren bis hohen Drehzahlen ist diese Form der Motorregelung ohne Encoder eine wirtschaftlich und technisch überzeugende Lösung.

 

4. Lastabhängige Anpassung von Taktfrequenz und Regelparametern

Eine moderne Motorregelung arbeitet nicht statisch. Taktfrequenz, Stromgrenzen und Regelparameter werden dynamisch an die aktuelle Last angepasst.

Das führt zu:

  • besserem Wirkungsgrad

  • reduzierter Geräuschentwicklung

  • geringerer mechanischer Belastung

  • schnellerem Ansprechverhalten bei Dynamikwechseln

Besonders bei hochdynamischen Antriebssystemen ist diese adaptive Regelung ein entscheidender Vorteil.

 

5. Zusammenspiel aus Hardware und Regelalgorithmus

Die eigentliche Leistungsfähigkeit moderner Motorregelung entsteht durch das Zusammenspiel aus Leistungselektronik und Software. Intelligente Algorithmen werten kontinuierlich Strom-, Spannungs- und Temperaturverläufe aus.

Typische Funktionen sind:

  • thermische Schutzmechanismen

  • adaptive Stromabsenkung im Stillstand

  • Last- und momentabhängige Regelstrategien

  • Optimierung von Laufruhe und Lebensdauer

So lassen sich Motorregelung, Energieeffizienz und Zuverlässigkeit gleichzeitig verbessern – oft ganz ohne zusätzliche Sensorik.

 

Grenzen moderner Motorregelung

So leistungsfähig moderne Regelungstechnik ist, sie kann konstruktive Schwächen nicht kompensieren. Grenzen entstehen unter anderem durch:

  • unzureichende Wärmeabfuhr

  • mechanische Resonanzen im Gesamtsystem

  • ungünstige Kombination aus Motor, Getriebe und Last

  • Toleranzen in Wicklung und Magnetkreis

Eine gute Motorregelung funktioniert nur dann optimal, wenn Motor, Mechanik und Elektronik als Gesamtsystem betrachtet werden.

 

Fazit: Motorregelung entscheidet über Qualität und Lebensdauer

Eine durchdachte Motorregelung für industrielle Anwendungen ist die Grundlage für:

  • stabile Bewegung bei Lastwechseln

  • geringe Geräusch- und Vibrationsentwicklung

  • hohe Energieeffizienz

  • lange Lebensdauer des Antriebssystems

Unternehmen wie die MICROSTEP GmbH betrachten Motor, Leistungselektronik und Regelalgorithmus daher nicht getrennt, sondern als integriertes Antriebssystem.