Technologie

Servomotor

Der Servomotor ist ein elektrischer Motor. Zusammen mit einem Servoverstärker bildet der Servomotor einen Servoantrieb. Der Servomotor wird in einem geschlossenen Regelkreis positions-, moment- oder geschwindigkeitsgeregelt betrieben.
Das Servomotormodul EJ72x1-xxxx unterstützt die Ansteuerung von permanenterregten Synchronmotoren. Diese bestehen aus drei um 120° verschobenen Spulen und einem permanenterregten Rotor.

Besonders in hochdynamischen und präzise-positionierenden Anwendungen zeigen Servomotoren ihre Vorzüge:

• sehr hohe Positioniergenauigkeit bei Applikationen mit höchstem Präzisionsanspruch durch integrierte Positionsrückführung
• hoher Wirkungsgrad und hohes Beschleunigungsvermögen
• Servomotoren sind überlastbar und verfügen daher über eine weitaus höhere Dynamik als beispielsweise ein Schrittmotor
• belastungsunabhängiges hohes Drehmoment bis in die oberen Drehzahlbereiche
• reduzierter Einsatz von Wartung auf ein Minimum

Das EtherCAT-Servomotormodul bietet dem Anwender die Möglichkeit kompakte und kostengünstige Anlagen zu konstruieren, ohne auf die Vorteile eines Servomotors verzichten zu müssen.

Das Beckhoff Servomodul

Das Servomotormodul EJ72x1-xxxx ist ein vollwertiger Servoverstärker für den direkten Anschluss von Servomotoren im unteren Leistungsbereich. Weitere Module oder Verkabelung, um eine Verbindung zum Steuerungssystem herzustellen entfallen dadurch komplett. Das führt zu einer sehr kompakten Steuerungslösung. Durch die E-Bus-Anbindung des Servomotormoduls EJ72x1-xxxx stehen dem Anwender die Eigenschaften von EtherCAT in vollen Zügen zur Verfügung. Dazu zählen insbesondere die kurze Zykluszeit, der niedrige Jitter, die Gleichzeitigkeit und die einfache Diagnose, die EtherCAT zu bieten hat. Mit Hilfe dieser Performance von EtherCAT kommt die Dynamik, die ein Servomotor erreichen kann, optimal zur Geltung.

Eine Nennspannung von max. 48 V_DC und ein Nennstrom von max. 4,5 A ermöglichen es dem Anwender einen Servomotor mit einer Leistung von bis zu 276 W anzutreiben. Als Last können permanenterregte Synchronmotoren mit einem Nennstrom bis 4,5 A betrieben werden. Zahlreiche Überwachungen, z. B. der Über- und Unterspannung, des Überstroms, der Modultemperatur oder der Motorauslastung, bieten ein Höchstmaß an Betriebssicherheit. Moderne Leistungshalbleiter garantieren minimale Verlustleistung und ermöglichen, im Bremsbetrieb, eine Rückspeisung in den Zwischenkreis.

Die integrierte, schnelle Regelungstechnik, mit einer feldorientierten Strom- und PI-Drehzahlregelung unterstützt hochdynamische Positionieraufgaben. Neben dem direkten Anschluss von Motor und Resolver ist auch der Anschluss einer Motorhaltebremse möglich.

Das EtherCAT-Steckmodul EJ72x1-xx1x verfügt über zwei digitale Eingänge, die für die Funktion „Touch Probe“ genutzt werden können. Der Status der Eingänge kann über die „Select Info Data“ (Profil MDP 742 und DS 402) zurückgelesen werden.

Anbindung an die Steuerung

Ein weiterer großer Vorteil des Servomotormoduls EJ72x1-xxxx ist die einfache Anbindung an die Steuerungslösung. Die vollständige Integration in das Steuerungssystem erleichtert die Inbetriebnahme und Parametrierung. Wie jedes andere EtherCAT-Steckmodul wird das Servomotormodul EJ72x1-xxxx einfach auf das Signal-Distribution-Board aufgesteckt. Anschließend kann der Modulstrang komplett vom TwinCAT System Manager eingescannt oder vom Applikateur manuell angefügt werden. Im System Manager kann das Servomotormodul EJ72x1-xxxx mit der TwinCAT NC verknüpft und parametriert werden.

Skalierbare Motion-Lösung

Das Servomodul ergänzt die Produktpalette der Kompakt-Antriebstechnik für die Beckhoff I/O-Systeme, die für Schrittmotoren, AC- und DC-Motoren verfügbar sind. Mit dem Servomodul EJ72x1-xxxx wird das Angebot an Servoverstärkern noch feiner skalierbar: Vom Kleinst-Servoverstärker bis 170 W, in der EtherCAT-Klemme, bis zum AX5000-Servoverstärker mit 118 kW, bietet Beckhoff ein breites Programm, inklusive der Servomotoren.
Die Baureihe AM81xx wurde speziell für die Servomotorklemme EL72x1/ das Servomotormodul EJ72x1 entwickelt.

Die One Cable Technology (OCT)

Bei den Servomotoren der Serie AM8100-xF2 x erfolgt die Übertragung der Feedback-Signale direkt über die Leitung zur Spannungsversorgung, sodass Power und Feedbacksystem in einem Motoranschlusskabel zusammengefasst sind. Durch die One Cable Technology werden die Informationen störsicher und zuverlässig über eine digitale Schnittstelle übertragen. Da sowohl motor- als auch reglerseitig Kabel und Steckverbinder entfallen, werden die Komponenten- und Inbetriebnahmekosten reduziert.

Thermisches Motormodell I²T

Das thermische I²T Motormodell bildet das thermische Verhalten der Motorwicklung unter Berücksichtigung des absoluten Wärmewiderstands R_th und der Wärmekapazität C_th des Motors und der Statorwicklung ab.

Im Modell wird angenommen, dass der Motor bei Dauerbetrieb mit Nennstrom I_nenn seine maximale Dauerbetriebstemperatur T_nenn erreicht. Diese Temperatur entspricht einer Auslastung des Motors von 100%. Bei Betrieb mit Nennstrom erreicht das Motormodell nach einer Zeit von τ_th=R_th∙C_th eine Auslastung von 63% und erreicht langsam seine Dauerbetriebstemperatur.

Wird der Motor mit einem Strom größer dem Nennstrom betrieben, erreicht das Modell eine Auslastung von 100% schneller.

Überschreitet die Auslastung des I²T Modells den Wert von 100%, wird der angeforderte Sollstrom auf den Nennstrom limitiert, um die Motorwicklung thermisch zu schützen. Die Auslastung fällt auf maximal 100% zurück. Bei Unterschreiten des Nennstroms fällt die Auslastung auf unter 100% und die Limitierung des Sollstroms wird aufgehoben.

Bei einem vorher auf Umgebungstemperatur abgekühlten Motor kann die Zeit zum Erreichen von 100% Auslastung bei Bestromung mit einem Sollstrom größer als Nennstrom grob mit τ_th∙I_nenn²/I_ist² abgeschätzt werden.

Die exakte Berechnung des Durchtritts von 100% Auslastung erfordert die Kenntnis der aktuellen Auslastung.