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Produktübersicht

Federsystem, bestehend aus dem sich bewegenden Rotor mit Trägheitsmoment und einem magnetischen

Feld, das eine Rückstellkraft auf den Rotor erzeugt. Beim Auslenken und Loslassen des Rotors wird eine

gedämpfte Schwingung erzeugt. Entspricht die Ansteuerfrequenz der Resonanzfrequenz, wird die

Schwingung verstärkt, so dass der Rotor im ungünstigsten Fall den Schritten nicht mehr folgt und zwischen

zwei Rastungen hin und her schwingt.

Die EtherCAT-Klemmen EL70x7 verhindern diesen Effekt durch ihre Feldorientierte Regelung (Extended

Operation Modes) bei allen Beckhoff Schrittmotoren.

• Drehmomentkonstante

In den Extended Operation Modes kommt als Parameter der mechanischen Regelstrecke die

Drehmomentkonstante k

hinzu, die das Verhältnis zwischen dem drehmomentbildenden Motorstrom und

des an der Welle wirksamen Drehmoments angibt. Da der Betrieb im feldorientierten Modus bei

Schrittmotoren nicht üblich ist, ist die Drehmomentkonstante jedoch meist nicht im Motordatenblatt zu finden.

Elektrisches System

• Nennspannung, Versorgungsspannung und Wicklungswiderstand

Im stationären Zustand fließt der Nennstrom bei Nennspannung, in Abhängigkeit zum Wicklungswiderstand.

Diese Spannung sollte nicht mit der Versorgungsspannung der Leistungsendstufe in der EtherCAT-Klemme

verwechselt werden. Die EL70x7 gibt einen geregelten Strom auf die Motorwicklung. Unterschreitet die

Versorgungsspannung die Nennspannung, kann die Leistungsendstufe den Strom nicht mehr in voller Höhe

einprägen und ein Drehmomentverlust ist die Folge. Erstrebenswert sind ein kleiner Wicklungswiderstand

und eine hohe Versorgungsspannung, um die Erwärmung gering zu halten und ein möglichst hohes

Drehmoment bei hohen Drehzahlen zu erreichen.

• Induzierte Gegenspannung

Hybridschrittmotoren induzieren, wie Servomotoren auch, eine drehzahlproportionale Spannung u

[Vs/rad] in

die Statorwicklung des Motors. Diese wird häufig auch als Back Electromotive Force (BEMF) bezeichnet. Die

induzierte Gegenspannung bestimmt in Verbindung mit der Zwischenkreisspannung (Motorspannung) die

physikalisch erreichbare Maximaldrehzahl des Motors.

Das Verhältnis des Betrages der induzierten Gegenspannung zur Motordrehzahl ist konstruktionsbedingt

variabel und wird über die Spannungskonstante k

beschrieben.

= k

·ω

Der Motorparameter k

[mV/(rad/s)] wird für die Schrittverlusterkennung ohne Encoder und die sensorlose

Regelung benötigt.

Bei Schrittmotoren bei denen die Spannungskonstante nicht im Datenblatt angegeben ist, kann sie relativ

einfach mit Hilfe eines Digitalmultimeters ermittelt werden. Dazu muss der zu vermessende Motor (innerhalb

des Nenndrehzahlbereichs) durch einen Hilfsmotor über eine Kupplung mit konstanter Drehzahl betrieben

werden. Die Motorphasen des zu vermessenden Motors müssen dazu offen sein (Nicht an der Klemme

angeschlossen oder kurzgeschlossen). Mit dem Multimeter kann der Effektivwert der induzierten

Gegenspannung dann an einer der beiden offenen Motorphasen (A oder B) ermittelt werden und damit die

Spannungskonstante bestimmt werden.

• Schrittwinkel

Der Schrittwinkel gibt den bei einem Schritt zurückgelegten Winkel an. Typische Werte sind 3,6°, 1,8° und

0,9°. Das entspricht 100, 200 und 400 Schritten pro Motorumdrehung. Dieser Wert ist, zusammen mit der

nachgeschalteten Übersetzung, ein Maß für die Positioniergenauigkeit. Aus technischen Gründen lässt sich

der Schrittwinkel nicht beliebig reduzieren. Die Positioniergenauigkeit kann nur mechanisch durch die

Übersetzung gesteigert werden. Eine elegante Lösung zur Erhöhung der Positioniergenauigkeit ist das

Microstepping der EL70x7. Es erlaubt bis zu 64 Zwischenschritte. Der geringere, „künstliche“ Schrittwinkel

hat einen weiteren positiven Effekt: Bei gleicher Genauigkeit kann der Antrieb mit einer höheren

Geschwindigkeit gefahren werden. Die maximale Drehzahl bleibt erhalten, obwohl der Antrieb an der Grenze

der mechanischen Auflösung positioniert.

EL70x7 21Version 1.0

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