Warum kann der Einsatz einer Motorsteuerung auch bei einem DC-Motor von Vorteil sein?

Thema:

Bürstenbehaftete DC-Motoren können sehr einfach auch direkt an einer Spannungsquelle (oder Batterie) betrieben werden.

• Warum kann der Einsatz einer Motorsteuerung auch bei einem bürstenbehafteten Motor von Vorteil sein?

Lösung:

Motoren werden heute häufig in Kombination mit einer Motorsteuerung eingesetzt. Im Falle eines bürstenlosen Antriebs ist dies sogar zwingend notwendig. Bei einem bürstenbehafteten Motor ist jedoch auch der Betrieb direkt an einer Spannungsquelle oder Batterie möglich. Falls die Spannung einstellbar ist, kann auch die Drehzahl variiert werden. Es stellt sich somit die Frage warum auch bei einem bürstenbehafteten Motor der Einsatz einer Motorsteuerung sinnvoll oder sogar notwendig sein kann und welche Vorteile sich hieraus ergeben?

Folgende Vorteile und Möglichkeiten ergeben sich bei dem Einsatz einer Motorsteuerung (wie zum Beispiel die maxon ESCON Baureihe):

• Bessere Drehzahlkonstanz
  (z.B. auch bei Lastwechseln)
  
  
• Einfache Drehzahlanpassung und -vorgabe
  (z.B. über einen Potentiometer, analogen Sollwert, oder auch Fixwert-Vorgabe)
  
  
• Konfigurierbare Drehzahlbegrenzung
  
  
• Konfigurierbare Beschleunigungs- und Bremsrampen
  
  
• Konfigurierbare Drehmomentbegrenzung (via Stromgrenzen)
  
  
• Einfaches aktivieren / deaktivieren des Antriebs (= Enable / Disable)
  (z.B. via einem Digitalsignal oder Schalter auch ohne Abschalten der Versorgungsspannung)
  
  
• Information zur aktuellen Drehzahl und Motorstrom via Ausgangssignalen
  
  
• Schutz der Motorwicklung vor Überlast
  basierend auf einem thermischen Modell des Motors, das kurzzeitige Überlastperioden zulässt und die thermischen Grenzen des Motors berücksichtigt.

Spezifischer Aspekt: Motorschutz und Sicherung

Eine einfache Sicherung kann die Motorwicklung eines DC-Motors bei den meisten Anwendungen nicht(!) zuverlässig schützen:

• Wenn die Motorwicklung im Falle einer Überlast oder gar einer blockierten Welle geschützt werden muss, darf die Sicherung (oder die Stromgrenze eines Netzteils) maximal entsprechend dem angegebenen "Nennstrom" des Motors gewählt werden. Der Nachteil einer solchen Sicherungsauslegung (oder Strombegrenzung) ist, dass die hohe Dynamik eines Motors für schnelle Beschleunigungen oder Verzögerungen (und dabei benötigte kurze hohe Stromspitzen) nicht zur Verfügung steht. Ein weiteres Problem ist, dass leistungsstarke Motoren typischerweise einen sehr geringen Wicklungswiderstand von nur 1 Ohm oder weniger besitzen. Dies hat zur Folge, dass hohe Stromspitzen (I = U/R) auftreten, wenn die Motorspannung spontan (ohne langsamen Anstieg) angelegt wird. Solche Stromspitzen können die Sicherung bereits beim Motorstart auslösen und beschädigen.

• Falls die Sicherung auf einen Wert grösser als der spezifizierte Motor-Nennstrom ausgelegt wird, ist kein Schutz der Motorwicklung vor Überlast gegeben. Falls über eine längere Zeitspanne eine zu grosse Reibung, Belastung oder sogar Blockade der Mechanik vorhanden ist, kann die Motorwicklung durch den zu hohen Drehmomentbedarf (= Stromfluss) überhitzen und beschädigt werden. 

Bei leistungsstarken, hochwertigen DC-Motoren bietet sich der Einsatz einer maxon Motorsteuerung auch unter dem Aspekt des Schutzes des Motors vor Überlast an.

• Mit einer korrekt konfigurierten Steuerung ist es möglich den Motor kurzzeitig mehrfach für eine begrenzte Zeitdauer zu überlasten, aber die Motorwicklung trotzdem vor einem Defekt durch eine zu lange oder zu hohe Überlast zu schützen.
• Eine bewusste Überlastung ist bei vielen Anwendungen insbesondere während schnellen, dynamischen Beschleunigungs- oder Bremsvorgängen notwendig. maxon Motoren werden hierbei häufig bewusst mit dem 3-5 fachen spezifizierten Nennstrom überlastet. Die maxon Steuerungen ermöglichen dies und verhindern gleichzeitig, dass der Motor bei einer Fehlfunktion (oder Blockade) überlastet und beschädigt wird.

Auswahl der Motorsteuerung?

Bei einfachen Anwendungen, die nur eine Drehzahl- und Drehmoment-Regelung erfordern, kommt typischerweise die maxon ESCON Baureihe zum Einsatz. Bei der ESCON kann die Drehzahl- oder Drehmomentvorgabe mittels fixem Sollwert, via Potentiometer, oder via einem analogem oder PWM-Sollwert erfolgen. Der Motor kann über ein Digitalsignal mit definierten Rampen (und Strombegrenzungen) gestartet und gestoppt werden. Die aktuelle Drehzahl oder der Motorstrom steht bei Bedarf als analoge Ausgangssignale zur Verfügung.

Sofern die Steuerung in ein übergeordnetes System eingebunden werden soll und Daten über eine Schnittstelle (RS232, USB, CAN, EtherCAT) austauschen soll, bietet sich der Einsatz der maxon EPOS4 Baureihe an.

Eine kurze Übersicht der Unterschiede der ESCON und EPOS Baureihe findet sich hier:
-> ESCON oder EPOS: Welche Steuerungsbaureihe ist die richtige Wahl? 

Sehr gerne beraten Sie unsere Verkaufsingenieure und der technische Support auch betreffend der optimalen Wahl einer Motorsteuerung. Hierfür benötigen wir jedoch einige Details Ihrer Anwendungsanforderungen:

• Art der Anwendung?
• Artikelnummer des eingesetzten (oder für den Einsatz geplanten) Motor?
• Vorhandene Versorgungsspannung?
• Benötigter Drehzahlbereich?
• Typischer Arbeitspunkt (Drehzahl, Drehmoment)
• Bedarf für eine Bus-Schnittstelle (oder nicht)?
• Spezifische Umgebungsbedingungen?